Исследование свойств германиевого датчика

РАДИОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

 

методические указания

 

для выполнения лабораторных работ

 

Утверждено на заседании

кафедры морской электроники как

методические указания для выполнения

лабораторных работ по дисциплине

«Радиотехника и электроника»

направления подготовки 6.070104 «Морской и речной транспорт»

профессионального направления

«Судовождение»

от 28 сентября 2010 р, протокол № 2

 

Одесса – 2010

УДК 621.382.002.3(075.5)

ББК 32.85

Д-13

 

 

Составители:

С.Н. Дранчук.,

В.А.Завадский

 

Д 13	Радиотехника и электроника: методические указания для выполнения лабораторных работ / Сост. С.Н. Дранчук, В.А. Завадский, – Одесса: ОНМА, 2010. – 102 с.

 

УДК 621.382.002.3(075.5)

ББК 32.85

 

 

ã Одесская национальная морская академия 2010

ВСТУПЛЕНИЕ

 

Методические указания предназначены для курсантов дневной и студентов заочной формы обучения в направлении подготовки 6.070104 «Морской и речной транспорт» профессионального направления «Судовождение» при проведении лабораторных работ по дисциплине „Радиотехника и электроника”.

Изучение дисциплины „Радиотехника и электроника” для курсантов дневной формы обучения проводится в 6 семестре и включает в себя:

- Лекционные занятия в течение семестра (14 часов);

- Выполнение лабораторных работ (14 часов.);

- Выполнение расчетно – графической работы;

- Модульный контроль усвоения лекционного курса;

- Самостоятельную работу над учебной литературой.

После выполнения указанных видов работ курсант допускается к сдаче зачета.

Приведенная библиография вмещает несколько экземпляров приблизительно равноценных учебников, что позволяет более рационально организовать изучение материала. При изучении материала учебников и выполнении расчетно–графической работы (РГР) возникающие вопросы могут быть решены на консультациях, которые проводятся преподавателями кафедры.

Приведенные в методических указаниях лабораторные работы охватывают основные разделы учебной программы дисциплины «Радиотехника и электроника» и отвечают международным требованиям программы “IMO – MODELS Course”, OFFICER IN CHARGE OF NAVIGATIONAL WATCH (р. 2.5. Electronics.)

Содержание лабораторных работ охватывает исследование основных элементов электроники – полупроводниковых датчиков, диодов, биполярных и униполярных транзисторов, а также базовых схем аналоговой и цифровой электроники, используемых в системах электронного управления судном: усилителей на биполярных транзисторах и операционных усилителях, мультивибраторов, логических элементов цифровой электроники. Каждая лабораторная работа рассчитана на два часа. После выполнения лабораторной работы курсант обязан сдать протокол и защитить результаты лабораторной работы в пределах тех теоретических знаний, которые приведены в методическом указании к данной лабораторной работе.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Исследование свойств германиевого датчика

Температуры, применяемого в системах контроля судового оборудования

 

Цель работы – исследовать влияние температуры на сопротивление собственного полупроводника и определить калибровочную характеристику германиевого датчика температуры.

[1, с.17-39]; [4, c.67-89].

 

Ход работы

1. Поместить плату с исследуемыми образцами в термостат.

2. Измерить сопротивление собственного полупроводника при комнатной температуре. Образцы выбирают с помощью нажатия кнопки “+” на стенде. Значение температуры и сопротивления образцов занести в табл.1.1.

3. Нажать кнопку “НАГРЕВ” на стенде. При этом включится нагрев термостата. Нагрев прекратится при температуре 30⁰ С. При этом за 2 градуса будет подан звуковой сигнал. Дождаться температуры 30⁰ С и повторить измерения при этой температуре. После измерения опять нажать кнопку “НАГРЕВ” на стенде.

4. Замерять по мере прогревания термостата сопротивление образца и температуру среды через каждые 10^о в интервале от комнатной температуры до 90^оС. Результаты измерения занести в табл.1.1.

 

Таблица 1.1 - К расчету параметров полупроводников

Тi, ^оС	Ri, Ом	Ti, К	1/Ti, К^-1	ln Ri	B, К согласно (1.6)	ln R0 согласно (1.5)	ln R0 среднее значение	TPAC, ^0C, согласно (1.4)	Ошибка ΔТ=ТРАС-Тi
^*
30^0
40^0
50^0
60^0
70^0
80^0
90^0

* сюда занести значение комнатной температуры по показаниям на дисплее стенда.

 

Задание к лабораторной работе

1. Построить зависимость ln R_i = ¦(1/T) для собственного полупроводника. По температурной зависимости сопротивления собственного полупроводника определить угловой коэффициент согласно (1.6) и рис.1.1.

2. Рассчитать значение коэффициента lnR₀ для каждой температуры согласно (1.5) и найти его среднее значение.

3. Определить аналитический вид калибровочной прямой температурного датчика.

4. Рассчитать значения температуры для экспериментально полученных значений сопротивления датчика согласно (1.4) и определить ошибку измерения температуры.

5. Результаты расчетов занести в табл.1.1.

6. Сделать выводы о влиянии температуры на электрическую проводимость собственного полупроводника.

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Какие материалы относятся к классу полупроводников?

2. Назовите основные параметры полупроводниковых материалов.

3. Какие факторы определяют электрическую проводимость полупроводников?

4. Что такое собственная и примесная проводимость?

5. Какие параметры полупроводников можно определить с помощью температурной зависимости их сопротивления?

6. Чем отличается температурная зависимость удельного сопротивления собственного полупроводника от примесного?

7. Чем отличается зависимость подвижности собственного и примесного полупроводника от температуры?

8. Что такое примесь замещения и примесь внедрения?

10. Какие параметры примесного полупроводника можно определить по температурной зависимости концентрации свободных носителей заряда?

11. Что такое калибровочная характеристика датчика температуры? Как определить ее коэффициенты экспериментально?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

 

Исследование основных типов полупроводниковых диодов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием

 

Цель работы: ознакомление со свойствами, маркировкой и применением основных типов диодов и стабилитронов.

Литература: [1, с.30-51],[4, с.173-207],[8, с.20-41]

 

Лабораторная схема

В данной лабораторной работе снимаются вольтамперные характеристики и по ним рассчитываются основные параметры выпрямляющих диодов 3 различных типов и 2 стабилитронов. Все исследуемые образцы установлены на единой плате и подключаются перестановкой соответствующей перемычки. Нумерация образцов на плате следующая:

1. Германиевый микросплавной импульсный диод типа ГД508А.

2. Кремниевый диффузионный импульсный диод типа 1N4148.

3. Кремниевый выпрямительный диод Шотки с толстой базой типа SB1100.

4. Кремниевый диффузионный маломощный стабилитрон типа 1N5201.

5. Кремниевый стабилитрон с напряжением равным ширине запрещенной зоны типа REF 1004-2.5.

В данной лабораторной работе исследуется только импульсный диод типа ГД508А и маломощный стабилитрон типа 1N5201.

Вольтамперные характеристики исследуемых диодов снимаются с помощью стенда, упрощенная схема которого приведена на рис.2.1.

Требуемый исследуемый диод подключается к измерительному стенду с помощью установки перемычки J1. Переключатель К4 позволяет изменять полярность напряжения, приложенного к исследуемому диоду. Изменение амплитуды постоянного напряжения, подаваемого на диод, достигается изменением положения движка потенциометра R1. Измерение напряжения на диоде и тока, протекающего через диод, осуществляется вольтметром V1. Измерение напряжения на диоде проводится прямым методом в положении «U» переключателя К1. Измерение тока проводится косвенно, путем измерения напряжения на резисторе R2 (измерение мА) или R3 (измерение мкА) известного сопротивления в положении «U_R» переключателя К1. Выбор предела измерения тока осуществляется переключателем К3.

 

Домашнее задание

 

1. Изучить основные параметры исследуемых диодов, используя справочник и табл.2.2.

2. Изучить особенности и применение исследуемых диодов.

3. Подготовить протокол лабораторной работы, в котором начертить схему измерительного стенда и таблицу экспериментальных данных 2.1.

 

Задание к лабораторной работе

 

Подготовка измерительного стенда к измерению вольтамперных характеристик диодов и стабилитронов.

1.1Установите плату с исследуемыми диодами в разъемы на верхней поверхности измерительного стенда.

1.2В правые гнезда стенда включите цифровой вольтметр, установленный в режим измерения постоянных напряжений на пределе 20.000 В. Включите вольтметр.

1.3Движок потенциометра R1 установите в крайнее левое положение, что соответствует отсутствию напряжения на диоде.

1.4Включите измерительный стенд в сеть. При этом загорится светодиод.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

 

Исследование статических характеристик основных типов биполярных транзисторов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием

Цель работы – изучить физические процессы, статические вольтамперные характеристики, графическое определение малосигнальных параметров биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.

[1, с.52-72]; [4, с.208-275]; [8, с.42-52].

Лабораторные схемы

В данной лабораторной работе снимаются статические характеристики и по ним рассчитываются малосигнальные параметры биполярных транзисторов 3 различных типов. Все исследуемые образцы установлены на единой плате и подключаются перестановкой соответствующей перемычки. Нумерация образцов на плате следующая:

1. Кремниевый транзистор Дарлингтона п-р-п типа КТ3102Е.

2. Кремниевый диффузионно-эпитаксиальный транзистор п-р-п типа КТ315Е.

3. Кремниевый диффузионно-эпитаксиальный транзистор п-р-п типа ВС547.

4. Германиевый сплавной биполярный транзистор р-п-р типа МП41А.

В данной лабораторной работе исследуется кремниевый диффузионно-эпитаксиальный транзистор п-р-п типа КТ315Е.

Исследование статических характеристик биполярного транзистора при его включении по схеме с общим эмиттером проводится с помощью лабораторного стенда, упрощенная схема которого приведена на рис.3.1.

Требуемый исследуемый биполярный транзистор подключается к измерительному стенду с помощью установки перемычки J1. Переключатель К4 позволяет изменять полярность напряжения U_КЭ, приложенного к коллектору относительно эмиттера. Величина этого напряжения устанавливается потенциометром R1. Переключатель К5 позволяет изменять полярность напряжения U_БЭ, приложенного к базе относительно эмиттера. Величина этого напряжения определяет величину базового тока I_Б и устанавливается потенциометром R2. Измерение напряжения U_КЭ и величины коллекторного тока I_К, осуществляется вольтметром V1. Измерение напряжения U_КЭ проводится прямым методом в положении «U» переключателя К1. Измерение коллекторного тока I_К проводится косвенно, путем измерения напряжения на резисторе R3 известного сопротивления в положении «U_R» переключателя К1. Измерение базового тока I_К проводится косвенно, путем измерения напряжения на резисторе R4 известного сопротивления в положении «U_R» переключателя К2.

 

Домашнее задание

1. Изучить принцип действия и основные схемы включения биполярного транзистора, его основные статические характеристики и параметры, графическое определение малосигнальных параметров транзистора.

2. Начертить упрощенную схему стенда для исследования статических характеристик биполярного транзистора (рис.3.1).

 

Задание к лабораторной работе

Подготовка измерительного стенда к измерению статических характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ.

1.1 Установите плату с исследуемыми транзисторами в разъемы на верхней поверхности измерительного стенда.

1.2 В правые гнезда стенда включите вольтметр, установленный в режим измерения постоянных напряжений на пределе 20 В. Включите вольтметр. Этим вольтметром будет измеряться коллекторное напряжение U_КЭ и коллекторный ток I_К.

В левые гнезда стенда включите вольтметр, установленный в режим измерения постоянных напряжений на пределе 2 В. Включите вольтметр. Этим вольтметром будет измеряться базовый ток транзистора I_Б.

1.4 Движки потенциометров R1 и R2 установите в крайнее левое положение, что соответствует отсутствию напряжения на транзисторе.

1.5 Включите измерительный стенд в сеть. При этом загорится светодиод.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

 

Исследование статических параметров основных типов униполярных транзисторов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием

Цель работы – изучить физические процессы, протекающие при работе униполярных транзисторов разного типа, их статические вольтамперные характеристики, методику графического определения малосигнальных параметров униполярных транзисторов.

[1, с.73-84]; [4, с.284-318]; [8, с.52-62].

 

Лабораторные схемы

В данной лабораторной работе снимаются статические характеристики и по ним рассчитываются малосигнальные параметры униполярных транзисторов 3 различных типов. Все исследуемые образцы установлены на единой плате и подключаются перестановкой соответствующей перемычки. Нумерация образцов на плате следующая:

1. Полевой транзистор управляемый р-п переходом и каналом п-типа КП303И.

2. МДП транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом р-типа КП301Б.

3. Двухзатворный МДП транзистор с изолированным затвором и встроенным каналом п-типа КП306В.

В данной лабораторной работе исследуется полевой транзистор управляемый р-п переходом и каналом п-типа КП303И.

Исследование статических характеристик униполярных транзисторов включенных по схеме с общим истоком проводится с помощью лабораторного стенда, упрощенная схема которого приведена на рис.4.1.

Требуемый исследуемый униполярный транзистор подключается к измерительному стенду с помощью установки перемычки J1. Переключатель К4 позволяет изменять полярность напряжения U_СИ, приложенного к стоку относительно истока. Величина этого напряжения устанавливается потенциометром R1. Переключатель К5 позволяет изменять полярность напряжения U_ЗИ, приложенного к затвору относительно истока. Величина этого напряжения устанавливается потенциометром R2. Измерение напряжения U_СИ и величины стокового тока I_С, осуществляется вольтметром V1. Измерение напряжения U_СИ проводится прямым методом в положении «U» переключателя К1. Измерение стокового тока I_С проводится косвенно, путем измерения напряжения на резисторе R3 известного сопротивления в положении «U_R» переключателя К1. Измерение напряжения U_ЗИ проводится прямым методом в положении «U» переключателя К2.

Домашнее задание

1. Изучить принцип действия полевого транзистора, который управляется р-п переходом, схемы его включения и основные характеристики.

2. Изучить принцип действия МДП транзистора с изолированным затвором и индуцированным каналом, схемы его включения и основные характеристики.

3. Изучить принцип действия МДП транзистора с изолированным затвором и встроенным каналом, схемы его включения и основные характеристики.

4. Подготовить протокол лабораторной работы, в котором начертить схему измерительного стенда и таблицу 4.1.

 

Задание к лабораторной работе

1. Подготовка измерительного стенда к измерению статических характеристик униполярного транзистора, включенного по схеме с общим истоком.

1.1 Установите плату с исследуемыми транзисторами в разъемы на верхней поверхности измерительного стенда.

1.2 В правые гнезда стенда включите вольтметр, установленный в режим измерения постоянных напряжений на пределе 2.000 В. Включите вольтметр. Этим вольтметром будет измеряться стоковое напряжение U_СИ и стоковый ток I_С.

В левые гнезда стенда включите вольтметр, установленный в режим измерения постоянных напряжений на пределе 2.000 В. Включите вольтметр. Этим вольтметром будет измеряться напряжение на затворе транзистора U_3И.

1.4 Движки потенциометров R1 и R2 установите в крайнее левое положение, что соответствует отсутствию напряжения на транзисторе.

1.5 Включите измерительный стенд в сеть. При этом загорится светодиод.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Лабораторные схемы

Исследование RC–усилителя и эмиттерного повторителя проводится с помощью лабораторного стенда, принципиальная схема которого приведена на рис.5.1.

Чтобы собрать схему RC-усилителя на биполярном p-n-р транзисторе (схема усилителя с автоматическим смещением) (рис.5.2) необходимо соединить между собой точки 1, а также точки 4. К точке К4 присоединить вход 2 осциллографа для наблюдения выходного сигнала, а к точке К1 присоединить выход генератора гармонических колебаний и вход 1 осциллографа для наблюдения входного сигнала. Земляной провод осциллографа и генератора присоединить к точкам К6, К3. Подключить стенд к блоку питания с напряжением 10…12 В.

Резисторы R2, R3 базового делителя обеспечивают необходимое смещение на базе транзистора. Резистор R5 задает ток покоя транзистора и обеспечивает его стабилизацию вследствие отрицательной обратной связи по постоянному току. Резистор R4 является сопротивлением коллекторной нагрузки. Конденсаторы С1 и С5 разделяют цепи постоянного и переменного тока, что обеспечивает независимость каскада усиления от других каскадов. Конденсатор С3 шунтирует резистор R5 по переменному току, что обеспечивает отсутствие отрицательной обратной связи по переменному току.

Чтобы собрать схему эмиттерного повторителя на биполярном p-n-р транзисторе (рис.5.3) необходимо соединить между собой точки 1, а также точки 6. К точке К5 присоединить вход 2 осциллографа для наблюдения выходного сигнала, а к точке К1 присоединить выход генератора гармонических колебаний и вход 1 осциллографа для наблюдения входного сигнала. Земляной провод осциллографа и генератора присоединить то точек К6, К3. Подключить стенд к блоку питания с напряжением 10…12 В.

Резисторы R2, R3 базового делителя обеспечивают необходимое смещение на базе транзистора. Резистор R5 является сопротивлением эмиттерной нагрузки и обеспечивает стабилизацию каскада вследствие отрицательной обратной связи по постоянному току. Конденсаторы С1 и С6 разделяют цепи постоянного и переменного тока, что обеспечивает независимость каскада от других.

 

Домашнее задание

1. Изучить работу RC– усилителя и эмиттерного повторителя.

2. Подготовить протокол к лабораторной работе. Начертить три принципиальные схемы: усилителя, эмиттерного повторителя и лабораторного стенда.

3. Исходя из известных номиналов лабораторной работы рассчитать: ток базового делителя (током через базу пренебречь); коллекторный ток транзистора I_К ( допуская, что І_К=І_Е, а U_ВЕ= 0,5 В); напряжение на эмиттере U_Е.

Покажите на схеме усилителя (рис.5.2) указанные токи и напряжения.

Задание к лабораторной работе

1. Собрать схему RC-усилителя (рис.5.2).

2. Определить режим работы RC-усилителя по постоянному току.

Для чего необходимо измерить вольтметром напряжения: U_ПИТ,U_B,U_K,U_E. Исходя из известных номиналов лабораторной работы рассчитать: ток базового делителя (током сквозь базу пренебречь); коллекторный ток транзистора I _К ( допуская, что І_К=І_Е); напряжение смещения на базе относительно эмиттера U_BЕ.

3. Показать на схеме усилителя (рис.5.2) указанные токи и напряжения.

4. Определить коэффициент усиления усилителя на частоте 1 кГц по напряжению.

Для этого необходимо подключить к гнезду К1 генератор синусоидальных сигналов частотой 1 кГц, и двойной амплитудой приблизительно 40 мВ. Изменяя генератором амплитуду входного сигнала, установить ее такой, чтобы выходной сигнал не имел заметных нелинейных искажений. Осциллографом измерьте напряжение в точках К1 и К4. Тогда коэффициент усиления по напряжению равняется

; (5.1)

где U_ВЫХ, U_BX – выходное и входное напряжения, замеренные в точках К4 и К1, соответственно.

Коэффициенты усиления привести также в дБ

(5.2)

5. С помощью двулучевого осциллографа изобразите в одном временном масштабе входную и выходную осциллограммы для частоты 1 кГц. Обозначьте масштабы осциллограмм. Убедитесь, что RC-усилитель инвертирует фазу сигнала.

6. Измерить динамический диапазон работы усилителя.

Для этого необходимо подать на вход усилителя сигнал с частотой 1 кГц. Уменьшить напряжение генератора до 0 и замерить двойную амплитуду выходного сигнала в точке К4 (напряжение собственных шумов усилителя). Увеличивая амплитуду сигнала на входе усилителя замерить двойную амплитуду выходного сигнала в точке К4, при которой возникнут нелинейные искажения сигнала. Рассчитайте динамический диапазон исходного сигнала из

, [дБ] (5.3)

7. Измерить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) усилителя.

Для чего, поддерживая постоянной двойную амплитуду входного сигнала на уровне 40 мВ, изменять частоту входного сигнала от 50 Гц до 1 МГц. При этом замерять двойную амплитуду выходного сигнала при 50 Гц, 100 Гц, 500 Гц, 1 кГц, 5 кГц, 50 к Гц и т.д. до 1 МГц. Результаты занести в таблицу 5.1.

Построить АЧХ в логарифмическом масштабе от частоты (см. рис.5.6 б). Определить полосу пропускания RC–усилителя по уровню – 3 дБ.

 

Таблица 5.1 - Амплитудно – частотная характеристика

Частота, Гц
UBX,, мВ
UBЫX,, В
КU, дБ

 

8. Собрать схему эмиттерного повторителя (рис.5.3).

9. Измерить коэффициент передачи эмиттерного повторителя.

Для этого необходимо подключить к гнезду К1 генератор синусоидальных сигналов частотой 1 кГц, и амплитудой приблизительно 50 мВ. Осциллографом измерить напряжение в точках К1 и К5. Найти коэффициент передачи повторителя по напряжению К_U, согласно (5.1). Убедитесь, что он приблизительно равняется 1.

10. С помощью двулучевого осциллографа изобразите в одном временном масштабе входную и выходную осциллограммы для частоты 1 кГц. Убедитесь, что эмиттерный повторитель не инвертирует фазу сигнала.

Контрольные вопросы

1. Объясните назначение элементов схемы RC–усилителя.

2. Начертите принципиальные схемы RC–усилителя и повторителя напряжения.

3. Какая особенность эмиттерного повторителя?

4. Какие элементы схемы влияют на АЧХ в области низких частот?

5. Объясните причины частотных искажений в области высоких частот.

6. Что такое динамический диапазон усилителя и как он определяется?

7. Как определить режим транзистора RC – усилителя по постоянному току?

8. Как определяется полоса пропускания усилителя?

9. Что такое нагрузочная прямая усилителя?

10. Чем определяется коэффициент усиления и входное сопротивление RC-усилителя?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Лабораторные схемы

 

Исследование основных схем включения операционного усилителя (ОУ) проводится с помощью лабораторного стенда, принципиальная схема которого приведена на рис.6.1.

С помощью лабораторного стенда можно собрать три основные схемы включения операционного усилителя: повторителя напряжения, инвертирующего и неинвертирующего усилителя.

Чтобы собрать схему инвертирующего усилителя (рис.6.2,а) необходимо на лабораторном стенде соединить между собой точки 15, а также точки 18. К точке К17 присоединить вход 2 осциллографа для наблюдения выходного сигнала, а к точке 13 со стороны резистора R11 присоединить выход генератора гармонических колебаний и вход 1 осциллографа для наблюдения входного сигнала. Земляной провод осциллографа и генератора присоединить к точкам К16, К18. Подключить стенд к блоку питания с напряжением 10…12 В.

Чтобы собрать схему неинвертирующего усилителя (рис.6.2,б) необходимо на лабораторном стенде соединить между собой точки 17, а также точки 16. К точке К17 присоединить вход 2 осциллографа для наблюдения выходного сигнала, а к точке 14 со стороны резистора R13 присоединить выход генератора гармонических колебаний и вход 1 осциллографа для наблюдения входного сигнала. Земляной провод осциллографа и генератора присоединить к точкам К16, К18. Подключить стенд к блоку питания с напряжением 10…12 В.

Чтобы собрать схему повторителя напряжения (рис.6.2,в) необходимо на лабораторном стенде соединить с помощью проволочной перемычки точки К17 и 15 (или 16) со стороны инвертирующего входа. К точке К17 присоединить вход 2 осциллографа для наблюдения выходного сигнала, а к точке 17 (или 18, или 19) со стороны неинвертирующего входа присоединить выход генератора гармонических колебаний и вход 1 осциллографа для наблюдения входного сигнала. Земляной провод осциллографа и генератора присоединить к точкам К16, К18. Подключить стенд к блоку питания с напряжением 10…12 В.

Домашнее задание

1. Изучить работу операционного усилителя и основных схем его включения.

2. Подготовить протокол к лабораторной работе. Начертить четыре принципиальные схемы: - инвертирующего и неинвертирующего усилителя, повторителя напряжения и лабораторного стенда.

3. Рассчитать номиналы резисторов инвертирующего и неинвертирующего усилителя для коэффициента усиления равного 10 и 100, соответственно.

 

Задание к лабораторной работе

1. Соберите схему повторителя напряжения. На его вход подайте гармонический сигнал двойной амплитудой 40 мВ и частотой 1 кГц. Определите коэффициент передачи по напряжению повторителя К_П из

(6.1)

где U_ВЫХ – напряжение сигнала на выходе повторителя;

U_ВХ – напряжение сигнала на входе повторителя.

С помощью двухлучевого осциллографа изобразите в одном временном масштабе входную и выходную осциллограммы для частоты 1 кГц. Убедитесь, что эмиттерный повторитель не инвертирует фазу сигнала.

2. Соберите схему инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления 10. Для этого потенциометр R17 следует установить в положение 51 кОм (крайнее правое). На вход схемы подают гармонический сигнал частотой 1 кГц и напряжением 40 мВ. Замерьте напряжение на выходе и рассчитайте коэффициент усиления по напряжению согласно

 

. (6.2)

 

Повторите это для положения потенциометра R17 равного 0 кОм (крайнее левое). Сравните полученные данные с расчетом согласно (6.3).

С помощью двухлучевого осциллографа изобразите в одном временном масштабе входную и выходную осциллограммы для частоты 1 кГц. Убедитесь, что инвертирующий усилитель инвертирует фазу сигнала.

3. Соберите схему неинвертирующего усилителя с коэффициентом усиления 100. Для этого потенциометр R17 следует установить в положение 51 кОм (крайнее правое). На вход схемы подают гармонический сигнал частотой 1 кГц и напряжением 40 мВ. Замерьте напряжение на выходе и рассчитайте коэффициент усиления по напряжению согласно (6.2). Повторите это для положения потенциометра R17 равного 0 кОм 0 кОм (крайнее левое). Сравните полученные данные с расчетом согласно (6.6).

С помощью двухлучевого осциллографа изобразите в одном временном масштабе входную и выходную осциллограммы для частоты 1 кГц. Убедитесь, что неинвертирующий усилитель не инвертирует фазу сигнала.

4. Измерить частоту единичного усиления, неинвертирующего операционного усилителя. Для чего снимите амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) такого усилителя до появления спада на участке больших частот (до 1 МГц). На вход схемы нужно подавать гармонический сигнал амплитудой 40 мВ с последовательно изменяющейся частотой 50, 100, 500 Гц, 1 кГц, и т.д до 1 МГц. Для каждой частоты нужно замерить амплитуду выходного сигнала и рассчитать коэффициент усиления в дБ согласно (6.2). Результаты занесите в таблицу 6.1.

 

Таблица 6.1 - Амплитудно – частотная характеристика ОУ

Частота, Гц
UBX,, мВ
UBЫX,, В
КU, дБ

По данным табл.6.1 нужно построить график АЧХ и определить согласно рис.6.3 частоту единичного усиления F₁ и коэффициент усиления ОУ без обратной связи K₀. Для этого на экспериментально снятой АЧХ нужно выполнить интерполяцию АЧХ ОУ без обратной связи, считая, что ее наклон отвечает 20 дБ/.декаду, а частота первого полюса равняется 10 Гц (рис.6.3).

 

Контрольные вопросы

1. Какие предположения верны для идеального усилителя?

2. Начертите принципиальные схемы инвертирующего, неинвертирующего усилителя и повторителя напряжения.

3. Чем определяются коэффициенты усиления схемы инвертирующего, неинвертирующего усилителя?

4. Чем определяется входное сопротивление инвертирующего и неинвертирующего усилителя?

5. Назовите и объясните основные параметры реального ОУ.

6. Объясните ход АЧХ ОУ без обратной связи.

7. Как изменяется полоса пропускания усилителя на базе ОУ при увеличении коэффициента усиления?

8. Что может вызывать “самовозбуждение” ОУ?

9. Что такое полоса пропускания операционного усилителя? От чего она зависит?

10. Чем отличается реальный операционный усилитель от идеального?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Лабораторные схемы

Схема лабораторного стенда для исследования мультивибраторов приведена на рис.7.1. С помощью такого стенда можно исследовать мультивибраторы, построенные на биполярных транзисторах, операционном усилителе и логических элементах.

В мультивибраторе на биполярных транзисторах изменять зарядную емкость С1 (перемычка 2), разрядный резистор (перемычка 3) и разрядный диод (перемычка 1).

В мультивибраторе на операционном усилителе имеется возможность изменять зарядную емкость С8 (перемычка 7), сопротивление отрицательной обратной связи R15 (перемычка 6) и степень положительной обратной связи (перемычка 8).

В мультивибраторе на логических элементах имеется возможность изменять значение зарядной емкости (перемычка 9).

Домашнее задание

 

1. Изучить работу мультивибратора на биполярном транзисторе и операционном усилителе.

2. Подготовить протокол к лабораторной работе. Начертить принципиальные схемы всех исследуемых мультивибраторов. Разобраться с назначением элементов схемы.

3. Определить частоту и скважность выходных импульсов мультивибратора на биполярных транзисторах для четырех вариантов частотно-задающей цепи С1, С2 и R3, R4 (перемычки 2 и 3) для каждого положении переключателя S1.

4. Определить частоту выходных импульсов мультивибратора на операционном усилителе (ОУ) для четырех вариантов частотно-задающей цепи R14, R15, C8, C9 (перемычки 6 и 7) при двух значениях коэффициента передачи положительной обратной связи (ПОС) (перемычка 8).

Задание к лабораторной работе

 

Лабораторные схемы

Работа выполняется с помощью лабораторного устройства П-1 с технологическими картами I.1 – I.6. На этих картах изображена принципиальная схема исследуемого устройства в виде соединения логических элементов, выполняющих какие-то логические функции (рис.8.1). Подавая с помощью переключателей SA1 и SA2 на входы “черного” ящика все возможные комбинации логических уровней (“ноль” или “единица”) нужно составить таблицу истинности исследуемого устройства, определить его логическую функцию и записать ее с помощью логических операций И, НЕ, ИЛИ, после чего определить тип каждого логического элемента устройства (замкнутое состояние ключей SA соответствует лог.0.

В лабораторной работе исследуются следующие логические элементы: