Сетевая библиотекаСетевая библиотека

Метод ук по ОУ После замечаний Лачина свёрста..

Дата публикации: 31.10.2013
Тип: Текстовые документы DOC
Размер: 1.85 Мбайт
Идентификатор документа: -20837234_235188729
Файлы этого типа можно открыть с помощью программы:
Microsoft Word из пакета Microsoft Office
Для скачивания файла Вам необходимо подтвердить, что Вы не робот

Предпросмотр документа

Не то что нужно?


Вернуться к поиску
Содержание документа





































МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ЮЖНО-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
НОВОЧЕРКАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ










Методические указания
к лабораторным работам
Исследование электронных устройств
на операционных усилителях













Новочеркасск 2002


УДК 621.38 (076.5)
Рецензент канд. техн. наук В.В. Долгих



























Составители: Кононенко Т.П., Лачин В.И., Проус В.Р., Шкарупин А.Я.
Методические указания к лабораторным работам Исследование электронных устройств на операционных усилителях / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. –
Новочеркасск: ЮРГТУ, 2002. – 37 с.

Методические указания предназначены для студентов специальностей 200400, 210100, 200200 всех форм обучения.

Южно-Российский государственный
технический университет, 2002
Кононенко Т.П., Лачин В.И., Проус В.Р.,
Шкарупин А.Я., 2002














































Методические указания
к лабораторным работам
Исследование электронных устройств
на операционных усилителях
Составители: Татьяна Петровна Кононенко,
Вячеслав Иванович Лачин,
Владимир Романович Проус,
Анатолий Яковлевич Шкарупин
__________________________________________________
Редактор Ж.В. Паршина
Подписано в печать 10.04.2002. Формат 60х84 1/16.
Печ. л. 2,32. Уч. изд. л. 2,25 .Тираж 200.
__________________________________________________
Южно-Российский государственный технический университет
Редакционно-издательский отдел ЮРГТУ
Адрес ун-та:
346428, Новочеркасск, ул. Просвещения, 132.




Описание лабораторных стендов
Лабораторные работы по исследованию аналоговых электронных устройств на операционных усилителях (ОУ) (работы № 1 - 4) выполняются на автономном стенде, лицевая панель которого приведена на рис. 1.


Рис. 1. Схема лицевой панели стенда для исследования
аналоговых устройств на ОУ
(R1=R2=R3=R8=R9=3,3 кОм; R4=1,2 кОм; R5=100 кОм; R6=33 кОм; R7=1,6 кОм;
R10=75 кОм; R11=15 кОм; R12=30 кОм; С3=0,1 мкФ; С4=С5=0,05мкФ;
С6=0,01; С7=0,047мкФ; С8=0,1мкФ)
  Напряжение питания Епит = 40 В подаётся на стенд (клеммы 1 и 2) от внешнего источника. В качестве операционного усилителя DA1 использована микросхема К140УД20, к которой подведено питание Е1 = +15 В и Е2 = - 15 В от двух внутренних параметрических стабилизаторов. Напряжения питания ОУ Е1 и Е2 могут быть проконтролированы вольтметром, подключенным к клеммам 21 и 22.
Величина сопротивления в цепи отрицательной обратной связи (ООС) DA1 определяется положением переключателей S1S3. При замкнутом переключателе S1 сопротивление ООС Rос = 0.
При исследовании электронных усилительных схем сигналы постоянного или медленно изменяющегося напряжения подаются на клеммы 1217 с выходов клемм 36, 10, 11. На входах DA1 напряжение может задаваться в пределах от +10 В до – 10 В с помощью переменных резисторов R11, R12 и R13. Синусоидальный сигнал при исследовании схем подаётся на клеммы 18 и 19 от внешнего генератора синусоидального напряжения низкой частоты.
При исследовании избирательного усилителя в цепь ООС DA1 с помощью переключателей S4, S5 включается двойной Т - образный мост, схема которого собрана на элементах R7R9; C3C5.
При исследовании активного фильтра низкой частоты переключателями S6, S7 включаются элементы R10R12; C6C8 в цепь положительной ОС DA1.
Входные и выходные напряжения измеряются цифровыми вольтметрами на соответствующих клеммах относительно земли (клеммы 2326). При выполнении лабораторных работ должны быть обязательно в выключенном состоянии переключатели, не относящиеся к выполняемой работе.
Лабораторные работы по исследованию преобразовательных электронных устройств на операционных усилителях (работы № 5 – 10) выполняются на двух специализированных стендах, внешний вид которых представлен на рис. 2.
Каждая лабораторная работа снабжена рабочим планшетом с изображением на нём схемы исследуемого преобразователя. Планшеты могут накладываться и закрепляться на лицевой панели стенда. Стенд снабжён встроенным стабилизированным источником питания, который подключается к сети 220 В, 50 Гц тумблером, расположенным на правой торцевой поверхности стенда.
Питание на исследуемые схемы преобразователей подаётся с помощью отдельных переключателей, расположенных на передней торцевой панели стенда. Каждый из переключателей включает в работу соответствующий планшет, при этом загорается соответствующий светодиод на лицевой панели стенда.
Оглавление
Стр.
Описание лабораторных стендов…………………………..
3

Общие методические указания……………………………..
5

Лабораторная работа № 1
Исследование усилителей в режиме медленно-изменяющегося входного сигнала………………………….
6

Лабораторная работа № 2
Исследование усилителей переменного напряжения……
11

Лабораторная работа № 3
Исследование избирательного усилителя…………………
14

Лабораторная работа № 4
Исследование активного фильтра низкой частоты………..
17

Лабораторная работа № 5
Исследование прецизионного выпрямителя………………
21

Лабораторная работа № 6
Исследование работы схемы усилителя-ограничителя…...
23

Лабораторная работа № 7
Исследование однопорогового компаратора………………
25

Лабораторная работа № 8
Исследование триггера Шмитта……………………………
27

Лабораторная работа № 9
Исследование генератора линейно-изменяющегося
напряжения ……...…………………………………………..
30

Лабораторная работа № 10
Исследование мультивибратора…………………………...
33

Литература…………………………………………………..
36


Литература
1. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк. 1991. – 622 с.
2. Лачин В.И., Савёлов Н.С. Электроника: Учеб. пособие. – Ростов н/Д: Изд-во Феникс, 2000. – 448 с.
3. Бабенко В.П., Изъюрова Г.И. ОУ в усилительных устройствах: Учеб. пособие. – М.: Изд-во Моск. гос. ин-та радиотехники, электроники и автоматики. 1994. – 74 с.
4. Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учеб. для вузов – 2-е изд., исправ. – М.: Горячая линия – Телеком, 2001. – 320 с.
5. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования MICRO-CAP V. – М.: Солон, 1997. – 280 с.
6. Инструкция по применению системы моделирования электронных схем MICRO-CAP III / Сост.: В.А. Киреев, А.А. Пернацкий, А.И. Седых – Новочеркасск: НГТУ, 1996. – 23 с.














Переключатели необходимо возвращать в исходное (выключенное) состояние после выполнения лабораторной работы.

Рис. 2. Стенды для исследования
преобразовательных устройств на ОУ
Запрещается включать переключатели, не относящиеся к выполняемой лабораторной работе.
Входные и выходные напряжения контролируются электронным осциллографом и цифровыми вольтметрами на соответствующих клеммах относительно земли (клеммы К3).

Общие методические указания
Перед тем как приступить к выполнению лабораторной работы, необходимо тщательно изучить соответствующие разделы лекционных курсов, а также материалы литературных источников [1 - 4].
Программа каждой лабораторной работы предполагает моделирование принципиальных схем на компьютере с последующим их исследованием в различных режимах.
Моделирование может быть произведено в пакете прикладных программ MICRO-CAP VI или более ранних версий [5, 6]. Методически схемотехническое моделирование на компьютере в указанных
пакетах программ аналогичное для всех преобразователей на ОУ. Поэтому отдельные результаты компьютерного моделирования представлены только в двух работах: № 4 – по исследованию фильтра низкой частоты и № 9 – по исследованию генератора линейно-изменяющегося напряжения.
Отчёт по каждой лабораторной работе должен содержать результаты исследований схем на лабораторных стендах и результаты схемотехнического моделирования на компьютере. В конце работы должен быть сделан краткий сравнительный анализ и выводы по проделанной работе.

Лабораторная работа № 1
Исследование усилительных устройств в режиме
медленно изменяющихся входных сигналов

Цель работы. Исследование электронных схем на ОУ, применяющихся для усиления постоянного напряжения или медленно изменяющихся входных сигналов: инвертирующего усилителя, неинвертирующего усилителя, сумматора, повторителя, инвертора.
Программа работы
1. Исследовать схему инвертирующего усилителя (рис. 3).


Рис. 3. Инвертирующий усилитель
.
 Выходное напряжение Uвых усилителя в автоколебательном режиме во времени принимает два фиксированных значения:
U +вых. max и U −вых. max .
2. Для того чтобы подать питание на схему необходимо включить тумблер № 6, при этом загорится соответствующий светодиод на лицевой панели стенда.
3. Клеммы К21 и К23 позволяют подключать различные по величине ёмкости, от которых зависит частота генерируемых импульсов.
4. Резисторами стенда R1 и R2 (соответственно резисторы R′ и R′′ на схеме рис. 30) задаются различные постоянные времени зарядки конденсаторов в цепи обратной связи операционного усилителя, а следовательно скважность генерируемых импульсов.
5. Длительности импульса и паузы на выходе мультивибратора определяются соответственно следующими выражениями:
;
.

 Частота колебаний
.
 Меняя сопротивление резисторов стенда R1 и R2, можно изменять как частоту, так и скважность следующих друг за другом прямоугольных импульсов.

осциллограмму выходного напряжения мультивибратора и измерить длительности импульса и паузы.
  Убедиться, что скважность импульсов выходного напряжения равна двум.


Рис. 30. Мультивибратор

2. Установить значения сопротивлений R′ ≠ R′′. Зарисовать осциллограмму выходного напряжения мультивибратора и измерить длительности импульса и паузы. Определить скважность импульсов выходного напряжения мультивибратора.
3.  Изменить частоту генерируемых импульсов. Повторить пп. 1 и 2.
4. Произвести моделирование схемы мультивибратора на ЭВМ.
5. Произвести сравнительный анализ результатов, получен-ных в пп. 1 – 4, сформулировать выводы.
Указания к проведению работы
1. Операционный усилитель DA1 работает в режиме регенеративного компаратора вследствие наличия широкополосной положительной ОС с коэффициентом передачи
1.1. Изменяя величину и полярность входного напряжения Uвх, снять и построить передаточную характеристику усилителя Uвых=(( Uвх) (рис. 4) при двух различных коэффициентах усиления: Кu ≈ 10 и Кu ≈ 30. Определить границы линейных участков передаточных характеристик и коэффициенты усиления на линейном участке.
1.2. Расчетным путём определить границы линейных участков передаточных характеристик усилителей и их коэффициенты усиления. Сравнить полученные результаты с экспериментальными данными по п. 1.1.
1.3. Собрать схему с коэффициентом усиления Кu ≈ 10. Подать на вход поочерёдно напряжения Uвх= 1 В и Uвх= 2 В, замерить выходные напряжения. Объяснить результаты.


Рис. 4. Передаточные характеристики усилителей:
1 – инвертирующего; 2 – неинвертирующего;
точки А, Б и С, D на графиках определяют
границы линейных участков

2. Исследовать схему неинвертирующего усилителя (рис.5).
.



Рис. 5. Неинвертирующий усилитель

2.1. Изменяя величину и полярность входного напряжения Uвх, снять и построить передаточную характеристику усилителя Uвых=(( Uвх) (рис. 4) при двух различных коэффициентах усиления Кu ≈ 11 и Кu ≈ 28. Определить границы линейных участков передаточных характеристик и коэффициенты усиления на линейном участке.
2.2. Рассчитать границы линейных участков передаточных характеристик усилителей и их коэффициенты усиления. Сравнить полученные результаты с экспериментальными данными по п. 2.1.
3. Исследовать схему повторителя напряжения (рис. 6).
3.1. Собрать схему повторителя напряжения и снять её передаточную характеристику.

Рис. 6. Повторитель напряжения


Рис. 29. Осциллограммы напряжений на входе
V5 и выходе V3 схемы ГЛИН
 Транзисторный ключ открыт при импульсах управляющего напряжения положительной полярности (+Uупр.). При управляющем напряжении отрицательной полярности выходное напряжение линейно возрастает. При появлении управляющего импульса +Uупр. конденсатор С быстро разряжается через малое сопротивление промежутка коллектор-эмиттер транзистора, а выходное напряжение снижается до уровня насыщения, далее процессы повторяются.



Лабораторная работа № 10

Исследование мультивибратора

Цель работы. Исследование работы схемы мультивибратора (рис. 30).
Программа работы
1. Установить значения сопротивлений в цепи отрицатель-
ной ОС операционного усилителя R′ = R′′. Зарисовать

импульсами мультивибратора. Для этого необходимо соединить одну из клемм К21 или К23 с клеммой земля.
3. Для того чтобы подать питание на схему, необходимо включить тумблер № 5, при этом загорится соответствующий светодиод на лицевой панели стенда.
4. Резисторами R1 и R2 регулируется частота выходного напряжения, которое контролируется на экране осциллографа подключением к клемме К25. Скорость зарядки конденсатора С, а следовательно и скорость нарастания выходного напряжения, зависит от величины постоянного напряжения Uвх на входе схемы, которое подаётся с резистора R3. Величину этого напряжения контролируют вольтметром, подключенным к клемме К19.
5.  На рис. 28 приведена схема ГЛИН в редакторе пакета MICRO-CAP V, а на рис. 29 – результаты моделирования в одном из режимов его работы. Моделирование выполнено в режиме исследования переходных процессов TRANSIENT.





Рис. 28. Схема ГЛИН в редакторе пакета
программы схемотехнического моделирования
MICRO- CAP V



4. Исследовать схему сумматора напряжений.
4.1. Собрать схему сумматора трёх сигналов (рис. 7).

Рис. 7. Сумматор напряжений
4.2. Для выбранных из табл. 1 значений входных сигналов рассчитать напряжение на выходе сумматора.
4.3. Подать на входы сумматора выбранные из табл. 1 напряжения и замерить напряжение на выходе. Проверить
соответствие данных эксперимента и расчёта по п. 4.2.

Таблица 1
Напряжение, В

Uвх1
Uвх2
Uвх3
Uвых

1,2
0,6
-1,2


0,9
0,6
-1,2


1,8
-1,2
-1,5


2,7
1,8
-3,0


3,5
-2,0
-1,6



5. Исследовать усилительные устройства на компьютере.
5.1. Используя пакет программ схемотехнического модели-  рования электронных схем (например, MICRO-CAP VI),

ввести последовательно в компьютер схемы усилителей, изображённые на рис. 3, 5 и 6.
5.2. Выполнить задание по пп. 1.1, 2.1, 3.1 в режиме исследования схем на постоянном токе (режим DC в пакете MICRO-CAP). Получить в соответствии с заданием передаточные характеристики усилителей с различными коэффициентами усиления.
5.3. Изменить величину напряжения питания интегральной схемы ОУ и повторить п. 5.2. Сделать выводы о характере изменения передаточной функции.
5.4. Сравнить результаты, полученные при физическом и компьютерном моделировании схем усилителей.
6. Сформулировать выводы о проделанной работе.
Указания к выполнению работы
1. При определении выходного напряжения усилителей (пп. 1-3) необходимо воспользоваться следующими соотношениями, которые справедливы, если величина входного напряжения не превышает Uвх.гр :
для инвертирующего усилителя
Uвых = − Uвх ; (1)
для неинвертирующего усилителя
Uвых = Uвх . (2)
Для повторителя напряжения Uвых = Uвх . Это следует из соотношения (2) при условии R2 = 0.
Для инвертора напряжения Uвых = ( Uвх . Это следует из соотношения (1) при условии R2 = R1.
Если величина входного напряжения превышает граничное напряжение (|Uвх|( Uвх.гр), то величина выходного напряжения остаётся примерно равной напряжению питания (Uвых= ( Eпит). Знак выходного напряжения определяется типом схемы и зависит от знака входного напряжения.

Программа работы
1. Настроить схему ГЛИН и зарисовать с экрана осциллографа осциллограммы выходного сигнала при одном-двух фиксированных значениях входного напряжения .
2. Произвести моделирование работы схемы ГЛИН на ЭВМ.
3. Произвести сравнительный анализ результатов, получен-ных в пп. 1 и 2, сформулировать выводы.
Указания к проведению работы
1. Схема ГЛИН содержит цепь зарядки и разрядки конденсатора, на котором формируется линейно-изменяющееся напряжение (рис. 27).

Рис. 27. Цепь заряда и разряда конденсатора ГЛИН

 Напряжение на конденсаторе Uc связанно с током ic зависимостью
.
 Для изменения напряжения Uc по линейному закону зарядный ток ic должен быть постоянным. С учётом этого, после дифференцирования Uc, получим:
.
 При разомкнутом ключе S конденсатор С заряжается током ic от источника тока I. При замыкании ключа S конденсатор быстро разряжается. Далее процессы повторяются в соответствии с работой ключа S.
2. В схеме ГЛИН (рис.26) роль ключа S выполняет транзи- стор Т, управление которым осуществляется выходными

5.  Клемма К14 служит для подключения генератора синусоидального напряжения и одного из входов двухлучевого осциллографа, при помощи которого наблюдается входное напряжение, а другой вход осциллографа подключается к клемме К20 для наблюдения выходного напряжения триггера.
5.1. Подать синусоидальное напряжение на вход схемы триггера при напряжении смещения Е0 = 0. Убедиться, что скважность импульсов на выходе схемы равна двум на различных фиксированных частотах.
5.2. Подать синусоидальное напряжение на вход схемы триггера при напряжении смещения Е0 ≠ 0. Убедиться, что скважность импульсов на выходе схемы не равна двум на различных фиксированных частотах.



Лабораторная работа № 9
Исследование генератора линейно-изменяющегося
напряжения (ГЛИН)
Цель работы. Исследование работы схемы ГЛИН (рис. 26).
Рис. 26. Генератор линейно-изменяющегося напряжения

2. Границы линейных участков передаточной характеристики (рис. 4) определяются из соотношений:
UA = UC = 0,7E1,
UD = UD = 0,7E2.
3. Напряжение на выходе сумматора (рис. 7) определяется выражением
Uвых = − .
 При Rос = R1 = R2 = R3 Uвых= − (Uвх1 + Uвх2+ Uвх3).

Для того чтобы выполнить суммирование напряжения без изменения знака, можно на выходе сумматора включить инвертор.

Лабораторная работа № 2

Исследование усилителей переменного напряжения

Цель работы. Исследование характеристик и параметров электронных усилителей на ОУ, предназначенных для усиления переменного напряжения.

Программа работы
1. Исследовать схему инвертирующего усилителя переменного напряжения (рис. 8).

Рис. 8. Инвертирующий усилитель переменного
напряжения
1.1. Снять и построить амплитудно-частотную характери- стику усилителя с разделительной ёмкостью С1 и без разделительной ёмкости при двух различных коэффи - циентах усиления. Определить полосу пропускания уси- лителя при заданных коэффициентах усиления.
1.2. Используя параметры ОУ, рассчитать выходную гранич- ную частоту усилителя при заданных коэффициен - тах усиления. Сравнить расчётные данные с эксперимен- тальными данными.
2.  Исследовать схему неинвертирующего усилителя переменного напряжения (рис. 9).

Рис. 9. Неинвертирующий усилитель
переменного напряжения

2.1. Повторить п. 1.1.
2.2. Повторить п. 1.2.
3. Исследовать повторитель напряжения (рис. 10).

Рис. 10. Повторитель переменного напряжения
3. Для получения передаточной характеристики резистором R3 на неинвертирующий вход операционного усилителя подается напряжение смещения E0 >0 петли гистерезиса (рис. 25), которое контролируется вольтметром, подключенным к клемме К19.

Рис. 25. Передаточная характеристика триггера Шмитта

3.1. Подать на инвертирующий вход схемы напряжение положительной полярности Uвх < Е0 , при этом схема триггера будет находиться в состоянии, при котором
Uвых. = U+вых. макс..
3.2. Плавно увеличивая напряжение на входе триггера, привести схему в состояние, при котором Uвых. = U –вых. макс., измерить в этот момент времени напряжение на входе триггера Uвх1.
3.3. Плавно уменьшая напряжение на входе триггера, привести схему в состояние, при котором Uвых. = U +вых. макс., измерить в этот момент времени напряжение на входе триггера Uвх2.
3.4. По полученным данным построить в масштабе передаточную характеристику триггера. Определить ширину петли гистерезиса по разности напряжений: ΔU = Uвх1 – Uвх2.
4. Задать смещение на неинвертирующем входе схемы
Е0 = 0. Повторить пп. 3.1.– 3.4.

Рис. 24. Триггер Шмитта

Программа работы
1.  Снять и построить передаточную характеристику триггера при различных напряжениях смещения на неинвертирующем входе.
2. Наблюдать работу триггера при преобразовании синусоидального напряжения в напряжение прямоугольной формы на различных частотах и при различных напряжениях смещения на неинвертирующем входе.
3.  Произвести моделирование работы схемы триггера Шмита на ЭВМ.
4. Произвести сравнительный анализ результатов, полученных в пп. 1-3, сформулировать выводы.

Указания к выполнению работы
1. Триггер Шмита представляет собой операционный усилитель, охваченный положительной ОС с помощью резисторов R2 и R3. Коэффициент передачи цепи ОС
.
При выполнении условия ≥ 1 схема становится регенеративным устройством и его передаточная характеристика будет релейной.
2. Для того чтобы подать питание на схему, необходимо включить тумблер № 4, при этом загорится соответствующий светодиод на лицевой панели стенда.
3.1. Снять и построить АЧХ повторителя напряжения. Определить его полосу пропускания.
4. Сравнить результаты пп. 1 3 и сделать выводы о характере зависимости полосы пропускания усилителя переменного напряжения от коэффициента усиления и схемы усилителя.
5. Используя пакет программ схемотехнического моделирования электронных схем (например, MICRO-CAP версий 6 или 5), вводить последовательно в ЭВМ схемы усилителей, изображённые на рис. 8, 9, 10.
5.1. Повторить пп. 1.1, 2.1, 3.1 в режиме получения АЧХ (режим AC), сняв зависимость . Соотношение между коэффициентом усиления К в относительных единицах и его значением в децибелах определяется как .
5.2. Полосу пропускания определять при снижении коэффи -циента усиления на 3 дБ относительно его максимального значения.
5.3. Изменить частотно-зависимые параметры усилителя и повторить п. 5.1.
5.4. Сравнить результаты лабораторных исследований и результаты, полученные при моделировании схем на ЭВМ.
6. Сформулировать выводы о проделанной работе.

Указания к выполнению работы
При снятии АЧХ усилителя переменного напряжения частоту входного сигнала fс изменять в пределах 20 Гц ( 200 кГц, и с помощью цифрового вольтметра или осциллографа измерять выходное напряжение, получив его зависимость от частоты f . Амплитуду входного напряжения поддерживать постоянной в пределах динамического диапазона усилителя.
Полоса пропускания усилителя определяется по граничным частотам fн и fв , на которых коэффициент усиления

уменьшается враз по сравнению с коэффициентом усиления К0 на средних частотах (fK0 1000 Гц).
2. Определить частоту fв , так называемую частоту среза fср, можно по частоте единичного усиления f1 (справочному параметру ОУ) и коэффициенту усиления К:
fв = fср = .




Лабораторная работа № 3

Исследование избирательного усилителя


Цель работы. Исследование характеристик и параметров  избирательного усилителя на ОУ с двойным Т-образным мостом.
Программа работы
1. Рассчитать резонансную частоту fрез двойного
Т-образного моста (рис. 11).
2. Снять и построить АЧХ двойного Т-образного моста. Определить добротность моста.
3. Собрать схему избирательного усилителя (рис. 12), имеющего максимальный коэффициент усиления Кu = 30. Снять и построить его АЧХ (рис. 13). Определить добротность усилителя.
4. Собрать схему избирательного усилителя, имеющего максимальный коэффициент усиления Кu = 10, повторить исследования по п. 3.
5. Сформулировать выводы о влиянии коэффициента усиления на добротность усилителя.



опорного напряжения может быть установлен в пределах Uоп=0 Uпит , где Uпит – напряжение питания.
5. Установить Uвх>Uпор , при этом Uвых= −UД , где UД - падение напряжения на диоде D2.
6. Установить Uвх 7. Построить в масштабе передаточную характеристику однопорогового компаратора, вид которой должен соответствовать графику, представленному на рис. 23.

Рис. 23. Передаточная характеристика
однопорогового компаратора
8. Повторить пп. 4-7 для другого значения Uоп = Uпор .




Лабораторная работа № 8
Исследование триггера Шмитта
Цель работы. Исследование работы схемы триггера Шмитта (рис. 24) в режимах преобразования разнополярного напряжения в напряжение прямоугольной формы.





Программа работы
1. Настроить схему однопорогового компаратора и зарисовать с экрана осциллографа осциллограммы выходного сигнала при значениях входного напряжения меньше и больше опорного напряжения Uоп.
2. Снять и построить в масштабе передаточную характеристику однопорогового компаратора.
3. Произвести моделирование работы схемы однопорогового компаратора на ЭВМ.
4. Произвести сравнительный анализ результатов, полученных в пп. 1-3, сформулировать выводы.

Указания к выполнению работы
При входном напряжении, равном опорному напряжению Uоп , напряжение Uвых ≈ 0. При этом стабилитрон и диод закрыты, а цепь обратной связи разомкнута. Если входной сигнал относительно Uоп изменится на несколько десятков микровольт в ту или иную сторону, то изменение выходного напряжения будет составлять единицы вольт, благодаря большому коэффициенту усиления ОУ, и прекратится, как только откроется диод D2 или стабилитрон D1 и коэффициент передачи по цепи обратной связи станет равным единице.
2. Для того чтобы подать питание на схему, необходимо включить тумблер № 3, при этом загорится соответствующий светодиод на лицевой панели стенда.
3. К клемме К11 подключить источник сигнала, а к клемме К12 – осциллограф.
4. Установить величину входного напряжения, равную опорному напряжению . При этом опорное напряжение будет равно пороговому напряжению (), а Uвых ≈ 0. Значение опорного напряжения устанавливается переменным резистором R3, при этом величина этого напряжения контролируется вольтметром, подключенным к клемме К9. Уровень


Рис. 11. Двойной Т - образный мост


Рис. 12. Избирательный усилитель

Рис. 13. Амплитудно-частотные характеристики:
1 – инвертирующего усилителя; 2 – Т - образного
моста; 3 – избирательного усилителя
Указания к выполнению работы
1. Резонансная частота двойного Т-образного моста определяется выражением
fрез = ,
где R = R1 = R2 = 2R3; С = С1 = С2 = 0,5С3.
Добротность моста и избирательного усилителя определяется как
QT = ; Q = ,
где (fT – полоса пропускания моста;
(f – полоса пропускания избирательного усилителя.
2. Добротность избирательного усилителя может быть определена из другого соотношения:
Q = QT Кu ,
где Кu – коэффициент усиления инвертирующего усилителя без учёта влияния избирательного моста.
Из последнего выражения видно, что добротность избирательного усилителя прямо пропорциональна произведению его собственного коэффициента усиления и добротности моста. Таким образом, использование операционного усилителя увеличивает добротность моста в Кu раз.
3. При снятии амплитудно-частотных характеристик:
двойного Т- образного моста (рис. 13, кривая 2) напряжение на вход подавать, включив переключатель S4, выходное напряжение снимать с клеммы 28 при разомкнутом переключателе S5;
инвертирующего усилителя (рис. 13, кривая 1) переключатели S4 и S5 должны быть в разомкнутом состоянии;
избирательного усилителя (рис. 13, кривая 3) переключатели S4 и S5 должны быть в замкнутом состоянии.



5. Характер изменения входного и выходного напряжений усилителя-ограничителя представлен диаграммами соответствующих напряжений на рис. 21, а и б.


Рис. 21. Диаграммы входного (а) и выходного (б)
напряжений усилителя-ограничителя


Лабораторная работа № 7
Исследование однопорогового компаратора

Цель работы. Исследование работы схемы однопорогового компаратора (рис. 22).

Рис. 22. Однопороговый компаратор


Рис. 20. Усилитель-ограничитель

Программа работы
1. Настроить схему усилителя-ограничителя и зарисовать с экрана осциллографа осциллограммы выходного сигнала при значениях синусоидального входного напряжения до и после ограничения.
2. Зафиксировать величину напряжения ограничения.
3. Произвести моделирование работы схемы усилителя-ограничителя на ЭВМ.
4. Произвести сравнительный анализ результатов, получен- ных в пп. 1-3, сформулировать выводы.

Указания к выполнению работы
1. Для того чтобы подать питание на схему усилителя-ограничителя необходимо включить тумблер № 2, при этом загорится соответствующий светодиод на лицевой панели стенда.
2. К клемме К10 подключить генератор синусоидальных сигналов, а к клемме К13 - осциллограф.
3. Увеличивая напряжение на входе усилителя, зафиксировать величину напряжения ограничения.
4. Построить в масштабе осциллограммы входного и выходного напряжений усилителя-ограничителя и сравнить их с аналогичными осциллограммами, полученными при моделировании схемы усилителя-ограничителя на ЭВМ.
Лабораторная работа № 4
Исследование активного фильтра низкой частоты
Цель работы. Исследование активного фильтра (АФ) низкой частоты Бесселя (с постоянным временем задержки и пологой ФЧХ) (рис. 14).



Рис. 14. Активный фильтр низкой частоты
(обозначения элементов приведены в соответствии
со схемой лицевой панели стенда)

Программа работы
1. Исследовать работу АФ в полосе пропускания.
1.1. Собрать схему АФ (рис. 14) и подать на вход синусоидальный сигнал. Зарисовать осциллограммы входного и выходного напряжений для нескольких частот, соответствующих полосе пропускания АФ.
1.2. Определить fср – частоту, с которой начинается уменьшение амплитуды выходного сигнала Uвых. m .
1.3. Повторить пп. 1.1, 1.2, подключив на вход генератор прямоугольных импульсов.
2. Снять амплитудно-частотную характеристику КдБ = F( f ) АФ для синусоидального входного сигнала.
2.1. Определить частоту среза fср, полосу пропускания и ширину переходной области АФ.

3. Повторить п.2, подключив на вход АФ генератор прямо- угольных импульсов.
4. Ввести схему АФ в ЭВМ, используя пакет программ схемотехнического моделирования электронных схем,
например MICRO-CAP версий 6 или 5.
4.1. Повторить п.1 в режиме исследования переходных процессов TRANSIENT.
4.2. Повторить пп. 2 и 3 в режиме снятия АЧХ и ФЧХ AC (снимать обе характеристики АЧХ и ФЧХ).
5. Сравнить результаты, полученные в ходе натурных исследований и при моделировании схемы на ЭВМ.
6. Повторить п. 4, используя рис. 16.
7. Сравнить результаты моделирования для схем АФ,
изображённых на рис. 15 и рис. 16.
8. Сформулировать выводы о проделанной работе.






Рис. 15. Cхема АФ Бесселя низкой частоты (К = 1)
лабораторного стенда в редакторе программы MICRO-CAP V
(приведены значения параметров пассивных
элементов лабораторного стенда)


Сопротивление цепи обратной связи инвертирующего усилителя DA1 меняется в зависимости от полярности входного сигнала.
При Uвх > 0 диод D1 закрыт, а диод D2 пропускает ток по цепи обратной связи, сопротивление которой R2 = R. Таким образом, на выходе DA1 будет входное напряжение со знаком минус. Поскольку R4 = R, а R3 = R/2, то DA2 производит суммирование входных напряжений с коэффициентами усиления по инвертирующему входу 2 и 1. В результате на его выходе будет Uвых = ‌‌‌|Uвх|.     
При Uвх < 0 диод D2 закрыт, а диод D1 пропускает ток так, что сопротивление цепи обратной связи DA1 близко к нулю. Поэтому на вход инвертирующего сумматора DA2 проходит только входной сигнал и Uвых = ‌‌‌|Uвх|.
2. Для того чтобы подать питание на схему прецизионного выпрямителя, необходимо включить тумблер № 1, при этом загорится соответствующий светодиод на лицевой панели стенда.
3.  На клемму К4 нужно подать напряжение с выхода генератора синусоидальных сигналов частотой 50100 Гц.
4.  К клемме К5 подключить осциллограф, которым контролируется выпрямленное напряжение.
5.  При замкнутых клеммах К6 и К8 на выходе схемы выходное напряжение Uвых = |Uвх|, (К = 1). При замкнутых клеммах К6 и К7 Uвых= 2|Uвх|, (К = 2).




Лабораторная работа № 6
Исследование усилителя-ограничителя

Цель работы. Исследование работы схемы усилителя-ограничителя (рис. 20).




Рис. 19. Прецизионный выпрямитель
(R1 = R2 = R4 = R5 = R; R3 = R/2)

Программа работы
1. Настроить схему выпрямителя и зарисовать с экрана осциллографа осциллограммы выходного сигнала выпрямителя при различных значениях синусоидального входного напряжения.
2. Снять и построить передаточные характеристики прецизионного выпрямителя с коэффициентами усиления К = 1 и К = 2.
3. Произвести моделирование работы схемы прецизионного выпрямителя на ЭВМ.
4. Произвести сравнительный анализ результатов, полученных в пп. 1-3, сформулировать выводы.

Указания к выполнению работы
1. Схема прецизионного выпрямителя или схема формирования абсолютного значения входного сигнала (рис.19) работает следующим образом.




Рис. 16. Схема для исследования на ЭВМ
АФ Бесселя низкой частоты (К = 1)
(приведены расчётные значения параметров
пассивных элементов)
Указания к выполнению работы
1. При сборке схемы обратить внимание на то, что на рис. 14 ОУ включён по схеме повторителя напряжения, т.е. с коэффициентом усиления K = 1.
2. Частоту fср определить в точке АЧХ, в которой начинается уменьшение коэффициента усиления К относительно его максимального значения в раз или при снижении КдБ на 3 дБ.
4. Полосу пропускания фильтра низкой частоты определить от нуля до частоты среза fср.
5. Ширину переходной области определить как диапазон частот между fср и частотой, на которой коэффициент усиления уменьшается относительно максимального значения на 20 дБ (точка АЧХ и ФЧХ: - 20 дБ).
6. Характерные осциллограммы сигналов при исследовании АФ на ЭВМ в обозначенных на схеме точках (рис. 16)
приведены на рис. 17, а и б.
7. На рис. 18 приведена зависимость Кдб = F( lg f ) – АЧХ фильтра при номинальном значении коэффициента усиления Кдб = 0 (К = 1), полученная на ЭВМ.

а)



б)
Рис. 17. Сигналы в точках 6 и 2 схемы
для исследования АФ на ЭВМ при синусоидальной (а)
и прямоугольной (б) формах входных сигналов


Рис. 18. Амплитудно-частотная характеристика,
полученная при моделировании АФ на ЭВМ


8. Фазо-частотную характеристику фильтра (ФЧХ) – зависимость угла фазового сдвига от десятичного логарифма частоты φ = F(lg f ) – снимать только при исследовании фильтра на ЭВМ.



Лабораторная работа № 5
Исследование прецизионного выпрямителя

Цель работы. Исследование работы схемы прецизионного выпрямителя (рис. 19).






































4

35

36

5

6

6

34

7

7

8

33

3

32

9

10

31

30



11

10

29

12

28

13

14

27

26

15

25

16

24

17

37

18

23

22

19

20

21