ID: 37844

Название работы: Комп’ютерна електроніка та схемотехніка. Лабораторний практикум

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Описание: Цель работы: Приобрести минимально необходимые навыки работы с пакетом EWD 4.0. Исследовать схемы пассивных RС – фильтров в частотной и временной области.

Язык: Украинкский

Дата добавления: 2013-09-25

Размер файла: 1.78 MB

Работу скачали: 27 чел.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

"Харківський політехнічний інститут"

Кафедра "Обчислювальної техніки та програмування"

ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ

по курсу

"Комп’ютерна електроніка та схемотехніка"

Проф. Скородєлов В.В.

ХАРКІВ 2008

Лабораторная работа № 1

Тема: “Пассивные RC - фильтры”

Цель работы: Приобрести минимально необходимые навыки работы с пакетом EWD 4.0. Исследовать схемы пассивных RС – фильтров в частотной и временной области.

Типы фильтров:

1. ФНЧ – фильтр низких частот,

2. ФВЧ – фильтр высоких частот,

3. Полосовой  фильтр,(ПЧ),

4. Многокаскадные  RC – фильтры.

Опыт 1 – исследование ФНЧ (см. Рисунок  4.1)

Рисунок  4.1.

Кп(затухания) =  =

де                                      (4.1.)

Uвых = Кп  Uвх (В)                                           (4.2.)

Кп = 3 (Дб)

fгр = 1 / (2 RC)                                         (4.3.)

– граничная частота на уровне 0,707 *Uвых

Задание 1:

1.1. Определить АЧХ и ФЧХ при:

fвх = 1 кГц + fi * Ni                                          (4.4.)

где  fi = 1 кГц; Ni – номер бригады;

R = 1 кОм + Ri * Ni (кОм),

где Ri = 1 кОм или С = 0,01 мкФ + Сi * Ni, где Сi = 0,01 мкФ;

Uвх = 12 В.

1.2. Исследовать зависимость АЧХ и ФЧХ, а также fгр оптимальных параметров R и C.

1.3. Сравнить с расчетной (см. выражение 4.3.).

1.4. В отчете привести семейство АЧХ и описать это словесно!

Задание 2:

2.1. Исследовать форму сигналов на выходе ФНЧ (см. Рисунок  4.2) при подаче на его вход:

1. прямоугольного сигнала;

2. пилообразного сигнала;

3. синусоидального сигнала;

при различных постоянных времени.

Рисунок  4.2.

Опыт 2 – исследование ФВЧ (см. Рисунок  4.3)

Рисунок  4.3.

К=, fгр = 1 / 2 *π * R * C.

Выполнить задания 1, 2 из опыта 1.

Опыт 3 – исследование полосовых фильтров (см. Рисунок  4.4)

Задание 1:

1.1. Соединить последовательно ФНЧ и ФВЧ, исследованные в опытах 1 и 2 (Попробовать поменять местами ФНЧ и ФВЧ).

1.2. Определить АЧХ и ФЧХ такого соединения (в одном и другом случае).

1.3. Изменяя параметры вначале ФНЧ, а затем ФВЧ исследовать изменение формы АЧХ.

Задание 2:

2.1. Собрать схему полосового фильтра (Рисунок  4.4)

Рисунок  4.4.

R1 – входное полное сопротивление

R2 – выходное полное сопротивление

fн = 1 / (2π*С2*(R1 + R2)), [Гц]

fв = (R1 + R2) / (2π*C1*R1*R2), [Гц]

С1 = (R1 + R2) / (2π*fв*R1*R2), [Ом]

С2 = 1 / (2π*fн*R1*R2), [Ом]

2.2. Определить С1 и С2 при:

fн = 1 кГц + fнi і fв = 5 кГц + fвi,

где fнi = fвi = 1 кГц.

2.3. Исследовать зависимость формы АЧХ от изменения параметров C1 и C2 при:

R1 = R2 = 1 кОм,

Uвх = 12 В.

Опыт 4 – исследование многокаскадных RC – фильтров

Задание 1:

1.1. Соединить последовательно два RC – фильтра НЧ, исследованных в опыте 1 и определить их АЧХ.

1.2. Сравнить с АЧХ одиночного фильтра НЧ и сделать соответствующие выводы при:

fгр = fгрi / n,

где n – количество ФНЧ с равными fгр.

1.3. Соединить последовательно два RC – фильтра ВЧ, исследованных в опыте 1 и определить их АЧХ.

1.4. Сравнить с АЧХ одиночного фильтра ВЧ и сделать соответствующие выводы.

Задание 2:

2.1. Исследовать форму сигналов на выходе цепочки ФНЧ, полученной в задании 1, при подаче на ее вход прямоугольных и пилообразных импульсов.

2.2. Исследовать форму сигналов на выходе цепочки ФВЧ, полученной в задании 2, при подаче на ее вход прямоугольных и пилообразных импульсов.

Содержание отчета:

Отчет должен содержать все исследуемые схемы, рассчитанные величины и таблицы полученных результатов исследования работы схем.

Отчет должен содержать результаты моделирования по всем четырем опытам. Причем, каждая группа экспериментов должна быть представлена в виде отдельных файлов (файлов столько же, сколько и схем).

По каждому разделу необходимо делать выводы. В конце отчета необходимо привести обобщенный вывод по работе в целом.

Лабораторная работа № 2

Тема:   ”Диоды”

Цель: Исследование напряжения и тока диода при прямом и обратном сдвиге р-п перехода.

Теоретические сведения.

Одним из преимуществ Elecrtronics Workbench есть возможность смоделировать ситуации, которые возникают при всяческих уровнях приборной оснащенности исследователя, и освоить методики измерения, которые отвечают этим уровням. Рассмотрим эти ситуации на примере измерения вольтамперной характеристики полупроводникового диода.  Простейшим прибором для исследования свойств полупроводниковых устройств есть мультиметр. Проще всего в этом случае измерять напряжение на диоде в схеме на рисунок 6.1, присоединяя к диоду через резистор источника напряжения разной величины. Ток диода при этом можно вычислять из формулы:

   (1)

где - ток диода в прямом направлении, Е - напряжение источника питание, Uпр - напряжение на диоде в прямом направлении.

Рисунок 6.1

можно снять ВАХ диода по той же методике и в обратном направлении:

   (2)

где Ізв - ток диода в обратном направлении, Uзв - напряжение на диоде в обратном направлении.

Точность при таких измерениях оставляет желать лучшего через разброс сопротивлений у резисторов одного номинала. И если Вы хотите получить более точную характеристику, используя только один мультиметр, необходимо сначала измерить напряжение в схеме рисунок 6.1, а потом ток в схеме на рисунок 6.2.

Рисунок 6.2

При этом можно пользоваться как и раньше только мультиметром, подключая его так как вольтметр, или как амперметр. Намного более скорое можно выполнить эту работу, если это  сделать  вольтметром и амперметром. Тогда, включив их по схеме рисунок 6.3, можно сразу увидеть ток и напряжение на табло этих приборов.

Рисунок 6.3

Вольтамперная характеристика (ВАХ) может быть получена путем измерения напряжения на диоде при протекании разных токов за счет изменения напряжения источника питание Vs. И в конце концов, наибольшее быстро и удобно можно исследовать ВАХ, непосредственно наблюдая ее на экране осциллографа рисунок 6.4.

При таком подключении координата точки по горизонтальной оси осциллографа будет пропорциональная напряжению, а по вертикальной - току через диод. Поскольку напряжение в вольтах на резисторе 1 Ом численно равняется току через диод в амперах (I=U/R=U/1=U), по вертикальной оси можно непосредственно считывать значение тока. Если на осциллографе избранный режим В/А, то величина, пропорциональная току через диод (канал В), будет откладываться по вертикальной оси, а напряжение (канал А) - по горизонтальной. Это и разрешит получить вольтамперную характеристику непосредственно на экране осциллографа.

Рисунок 6.4

При получении ВАХ диода с помощью осциллографа на канал А вместо точного напряжения на диоде подается сумма напряжения диода и напряжения на резисторе 1 Ом, Ошибка через это будет маленькая, так как спад напряжения на резисторе будет значительно меньшее, чем напряжение на диоде. Через нелинейность диода его нельзя характеризовать величиной сопротивления, как линейный резистор. Отношение напряжения на диоде к току через него U/I, называемое статическим сопротивлением, зависит от величины тока. В ряде применений на важную постоянную составную тока диода накладывается небольшая переменная составная (обычно при этом говорят, что элемент работает в режиме маленьких сигналов). В этом случае интерес представляет дифференциальный (или динамический) сопротивление d/d. Величина динамического сопротивления зависит от постоянной составной тока диода, который определяет рабочую точку на характеристике.

Порядок проведения экспериментов.

Эксперимент 1. Измерение напряжения и вычисления тока через диод. 

Промоделируйте схему показанную на рисунок 6.1 и включите схему. Мультиметр покажет напряжение на диоде UПР при прямом сдвиге. Переверните диод и снова запустите схему. Теперь мультиметр покажет напряжение на диоде UЗВ при обратном сдвиге. Запишите показания в раздел "Результаты экспериментов". Вычислите ток диода при прямому IПР и обратному ІЗВ сдвиге соответственно по формулам (1) и (2).

Эксперимент 2. Измерение тока.

Промоделируйте схему показанную на Рисунок  2 и включите схему. Мультиметр покажет ток диода  IПР при прямом сдвиге. Переверните диод и снова запустите схему. Теперь мультиметр покажет ток IЗВ диода при обратном сдвиге. Запишите показания в раздел "Результаты экспериментов".

Эксперимент 3. Измерение статического сопротивления диода. 

Измеряйте сопротивление диода в прямом и обратном подключении, используя мультиметр в режиме омметра. Мали значение сопротивления отвечают прямому подключению. Показание прямого сопротивления разные для разных шкал омметра. Почему?

Эксперимент 4.Снятие вольтамперной характеристики диода

а) прямая ветвь ВАХ. Промоделируйте схему, показанную на рисунке 6.3, и включите схему. Последовательно устанавливая значения ЕРС источника равными: 5В, 4В, 3В, 2В, 1В, 0.5 0В, умножите значение коэффициента на N (N – номер студента в журнале), запишите значения напряжения UПР и тока IПР диода в таблицу а) раздела "Результаты экспериментов".

б) обратная ветвь ВАХ. Переверните диод. Последовательно устанавливая значения ЕРС источника равными 0В, 5В, 10В, 15В, умножьте значение коэффициента на N (N – номер студента в журнале), запишите значения тока ІЗВ и напряжения UЗВ в таблицу б) раздела "Результаты экспериментов".

в). по полученным данным постройте графики ІПР (UПP) и IЗВ (UЗВ). г). Постройте касательную к графику прямой  ВАХ при ІПР = 4 ма и оцените дифференциальное сопротивление диода по наклону касательной.

Проделайте ту же процедуру для ІПР = 0.4 ма и   ІПР = 0.2 ма. Ответы запишите в раздел "Результаты экспериментов".

д) аналогично п. Г, оцените дифференциальное сопротивление диода при обратном напряжении 5В  й запишите экспериментальные данные в раздел "Результаты экспериментов".

е) вычислите сопротивление диода на постоянном току ІПР = 4 мА по формуле RСР= UПР/IПР и занесите результат в раздел "Результаты экспериментов".

ж) вычислите напряжение изгиба. Результаты занесите в раздел "Результаты экспериментов".

Напряжение изгиба определяется из вольтамперной характеристики диода, смещенного в прямом направлении, для точки, где характеристика имеет резкий излом.

Эксперимент 5. Получение ВАХ на экране осциллографа.

Промоделируйте схему, показанную на рисуноке 6.4, и включите схему. На ВАХ, что появилась на экране осциллографа, по горизонтальной оси считывается напряжение на диоде в милливольтах (канал А), а по вертикалу - ток в миллиамперах (канал В, 1 мВ отвечает 1 мА). Обратите внимание на изгиб ВАХ. Измеряйте и запишите в раздел "Результаты экспериментов" величину напряжения изгиба.

Контрольные вопросы.

1.  Сравните напряжения на диоде при прямом и обратном сдвиге по порядку величин. Чему они разные?
2.  Сравнимые ли измеренные значения тока при прямом сдвиге с вычисленными значениями?
3.  Сравнимые ли измеренные значения тока при обратном сдвиге с вычисленными значениями?
4.  Сравните тока через диод при прямом и обратном сдвиге по порядку величин. Чему они разные?
5.  Что такое ток насыщения диода?
6.  Намного ли отличаются прямое и обратное сопротивление диода при измерении их мультиметром в режиме омметра? Можно ли по этим измерениям судить об исправности диода?
7.  Существует ли расхождение между величинами сопротивления диода на переменном и постоянном токе?
8.   Совпадают ли точки изгиба ВАХ, полученные с помощью осциллографа и построенные по результатам вычислений.
9.  Постройте  ВАХ для полупроводникового диода.

Лабораторная работа № 3

Тема: “Параметрические стабилизаторы напряжения” 

Цель:  Исследование изменения напряжения стабилитрона при изменении входного напряжения в схеме параметрического стабилизатора. Исследование изменения напряжения на стабилитроне при изменении сопротивления в схеме параметрического стабилизатора.

Теоретические сведения.

При подключении стабилитрона к источнику постоянного напряжения через резистор, выходит простейшая схема параметрического стабилизатора – рисунок 18.1. Ток ІСТ стабилитрона может быть определен за вычислением спада напряжения на резисторе R, за формулой:

  (1)

Напряжение стабилизации UСТ стабилитрона определяется точкой на вольтамперной характеристике, в которой ток стабилитрона начинает резко увеличиваться. Мощность рассеяния стабилитрона РСТ вычисляется как произведение тока ІСТ на напряжение UСТ:

   (2)

Дифференциальное сопротивление стабилитрона определяется по  наклону  вольтамперной характеристики.

Рисунок 18.1

Порядок проведения экспериментов.

Эксперимент 1. Измерение напряжения и вычисления тока через стабилитрон.

а) промоделируйте схему показанную на рисунок 18.1 и включите схему. Измеряйте значения напряжения UСТ на стабилитроне при значениях ЕРС источника, приведенных в таблицы  "Результаты измерений", и занесите результаты измерений в ту же таблицу.

Е,В	0	4	6	10	15	20	25	30	35
Uпр, мВ
Iпр, мА

б) вычислите ток ІСТ стабилитрона для каждого значения напряжения UСТ Результаты вычислений занесите в таблицу.

в) по данным таблицы постройте вольтамперную характеристику стабилитрона.

г) оцените по вольтамперной характеристике стабилитрона напряжение стабилизации.

д) вычислите мощность РСТ, которое рассеивается на стабилитроне при напряжении         Е = 1В*N (где N – номер студента в журнале)

е) измеряйте наклон ВАХ в области стабилизации напряжения и оцените дифференциальное сопротивление стабилитрона в этой области.

Эксперимент 2. Получение погрузочной характеристики параметрического стабилизатора.

а) Подключите резистор Ri=15*N Ом (где N – номер студента в журнале) параллельно стабилитрону. Значение источника ЕРС установите равным 20В. Включите схему. Запишите значения напряжения Uст на стабилитроне в раздел "Результаты экспериментов".

б). Повторите пункт а) при коротком замыкании – выхода системы и при сопротивлениях резистора R 100 Ом, 300 Ом, 600 Ом, 1 запятых.

в). Рассчитайте ток I1 через резистор R, включенный последовательно с источником, ток I через резистор R, и ток стабилитрона Іст для каждого значения R из таблицы, приведенной в разделе "Результаты экспериментов". Результаты занесите в таблицу.

Эксперимент 3. Получение ВАХ стабилитрона на экране осциллографа.  Соберите схему, показанную на рисунке 18.2, и промоделируйте ее.

Рисунок 18.2.

Зарегистрируйте экспериментальные данные в отчете. Определите изменение напряжения стабилизации, полученной из графика на экране осциллографа. Поэкспериментируйте с изменением частоты входного сигнала.

Эксперимент 3. Постройте схему двухкаскадного параметрического стабилизатора в пакете EWB  приведенную на рисунок 18.3 и сравните его свойства с однокаскадным стабилизатором.

Рисунок 18.3

Выполните наблюдения изменений вольтамперная характеристики при разной частоте. Дайте пояснение увиденному явлению.

Контрольные вопросы.

1.  Сравните относительное изменение напряжения на стабилизаторе с относительным изменением  напряжения питания. Каким образом можно оценить степень стабилизации.
2.  Как влияет значение сопротивления погрузка на степень стабилизации исходного напряжения стабилизатора?
3.  Как изменяется напряжение стабилитрона UСТ, если ток стабилитрона становится низшее 20 ма?
4.  Какое значение тока стабилитрона ІСТ, если  входное  напряжение равняется 15 В?
5.  Аким будет значение тока стабилитрона ІСТ при значении сопротивления R = 200 Ом?
6.  Каким образом изменяется напряжение UСТ на выходе стабилизатора, при уменьшении сопротивления R?
7.  Постройте обратную сторону ветви вольтамперной характеристики стабилитрона и определите напряжение стабилизации.

Лабораторная работа №     

Тема: Транзисторные усилители (статика)

Цель работы: Исследовать работу усилительного каскада в статическом режиме (на постоянном токе).

Порядок выполнения:

В каждом опыте необходимо:

1.  Собрать в соответствии с заданием исследуемые схемы с подключением необходимых контрольно-измерительных приборов.
2.  Согласно порядкового номера студента в журнале группы выбрать значения Rк и Eк.
3.  Произвести расчет необходимых элементов схемы усилительного каскада, используя математические выражения из лекционного материала и практических занятий.
4.  Задать параметры всех элементов исследуемой схемы.
5.  Осуществить настройку всех используемых приборов.
6.  Запустить схему на моделирование и выполнить все эксперименты в соответствии с заданием.

Сохранять результаты каждого эксперимента в соответствующих файлах.

Опыт 1 - Задание рабочей точки током базы

1. Собрать схему транзисторного усилителя (Рисунок 7.1.) со следующими исходными данными :

Eк = 12 + Ni (B), где Ni – номер бригады (или порядковый номер студента в журнале группы),

Rк = 10 + Ni (кОм),

Rб1 = (3 ÷ 5) Rк (кОм).

Рисунок  7.1. Схема транзисторного усилителя

2. Исследовать работу схемы при изменении тока базы реального транзистора в пределах от 0 до 30 мкА. Выполнить 10 – 15 измерений и заполнить таблицу 7.1:

1.  При Eк = 12 + Ni (B).
   1.  При Eк = 12 + Ni (B).

3. Построить график входной статической характеристики биполярного транзистора

Iб = f (Uбэ)

по результатам 10 – 15 измерений.

Таблиця 7.1

Режим	Номер измерения	Eк, В	Iб, мкА	Rб, кОм	Uбэ, В	Iк, мА	Uкэ, В	Iк, мА
	1	12 + Ni
				6 + Ni
			2	12 + Ni
				6 + Ni
			3	12 + Ni
				6 + Ni

4. Построить семейство статических выходных характеристик биполярного транзистора

Iк = f (Uкэ)

при:

Iб1 = 10 мкА и Iб2 =20 мкА.

5. Изобразить на полученных семействах выходных статических характеристик две нагрузочные прямые для случаев Eк=12 + Ni (B) и Eк=6 + Ni (B).

Определение Iк осуществляется по формуле

Iк = (Eк – Uкэ) / Rк .

Необходимые данные для расчета взять из табл. 7.1.

1.   Определить и указать в табл.1. границы линейного режима с режимами насыщения и отсечки.

1.   Задать положение рабочей точки (РТ) на средине линейного участка нагрузочных прямых полученных в п.5.

При этом напряжение Uкэ, соответствующее такому положению РТ, будет определяться по следующему выражению:

Uкэ = Uо – Uн / 2,

где     Uо – напряжение Uкэ на границе линейного режима и режима отсечки,

    Uн - напряжение Uкэ на границе линейного режима и режима насыщения.

Записать в отчет полученное при этом значение Rб2.

1.  Определить статический коэффициент усиления в соответствии с выражением:

Кu = Uкэ / Uбэ.

Опыт 2 - Задание рабочей точки напряжением базы

1.   Собрать схему транзисторного усилителя (Рисунок 7.2.) со следующими исходными данными:

Ек = 12 + Ni  (В),

Rк = 10 + Ni (кОм),

Rб1 = (3 ÷ 5) Rк (кОм),

Rб2 = 500 (кОм),

VT1 – идеальный,

где Ni – номер бригады (или порядковый номер студента в журнале группы).

Рисунок  7.2. Схема транзисторного усилителя

2. Исследовать работу схемы по аналогии с п.2. опыта 1 изменяя Rб2 и заполнить табл. 7.2. аналогичную табл.1.

3. Задать положение рабочей точки (РТ) на средине линейного участка нагрузочных прямых по аналогии с п.7 опыта1.

При этом напряжение Uкэ, соответствующее такому положению РТ, будет определяться по следующему выражению

Uкэ = Uо – Uн / 2,

где     Uо – напряжение Uкэ на границе линейного режима и режима отсечки,

Uн - напряжение Uкэ на границе линейного режима и режима насыщения.

Записать в отчет полученное при этом значение Rб1 и Rб2 .

Опыт 3 - Задание рабочей точки напряжением базы в схеме с ООС по току

1. Собрать схему транзисторного усилителя (Рисунок 7.3.) со следующими исходными данными:

Ек = 12 + Ni (В),

Rк = 10 + Ni (кОм),

Rб1 = (3 ÷ 5) Rк (кОм),

Rб2 = 500 (кОм),

Rэ = 0.1 Rк (кОм),

VT1 – идеальный,

где Ni – номер бригады (или порядковый номер студента в журнале группы).

2. Исследовать работу схемы по аналогии с п.2. опыта 1 изменяя Rб2 и заполнить табл. 7.3. аналогичную табл.1.

3. Задать положение рабочей точки (РТ) на средине линейного участка нагрузочных прямых по аналогии с п.7 опыта 1.

При этом напряжение Uкэ, соответствующее такому положению РТ, будет определяться по следующему выражению:

Uкэ = Uо – Uн / 2,

где     Uо – напряжение Uкэ на границе линейного режима и режима отсечки,

    Uн - напряжение Uкэ на границе линейного режима и режима насыщения.

Рисунок  7.3. Схема транзисторного усилителя

Записать в отчет полученное при этом значение Rб1 и Rб2 .

Таблиця №7.2

Номер бригади	Тип транзистора
1 2 3 4 5 6 7 8 9	2N2222

По результатам эксперимента построить входную характеристику

Iб = f (Uбэ), см. Рисунок 7.4.

Рисунок  7.4.

И выходную характеристику Iк = f (Uкэ, Iб), см. Рисунок 7.5.

Рисунок  7.5

Содержание отчета:

1. Отчет должен содержать все рабочие схемы, таблицы и графики, использующиеся во всех трех опытах.

2. После каждого опыта необходимо сформулировать вывод, отражающий качественные результаты опыта и отличие их от результатов других опытов лабораторной работы.

3. В конце отчета необходимо привести обобщенный вывод по лабораторной работе.

Лабораторная работа № 4

Тема: Транзисторные усилители 2

Цель работы: Исследовать работу усилительного каскада на переменном токе.

Порядок выполнения:

В каждом опыте необходимо:

1. Собрать в соответствии с заданием исследуемые схемы с подключением необходимых контрольно-измерительных приборов.

2. Задать параметры всех элементов исследуемой схемы. в соответствии с заданием.

3. Осуществить настройку всех используемых приборов.

4. Запустить схему на моделирование

Опыт 1 - Исследование усилительного каскада на основе идеального транзистора

Задание:

1. Собрать схему транзисторного усилителя (Рисунок  8.1.) со следующими исходными данными:

Rб1 = 500 кОм,

Rб2 = 7 кОм,

Rк = 10 + Ni (кОм),

Ек = 12 + Ni (В),

Cб = Ск = 1 мкФ,

fвх = 1 + Ni (кГц),

Uвх мах = 10 мВ,

где Ni – номер бригады, VT1 – идеальный.

2. Задать рабочую точку из предыдущей лабораторной работы с отключенными СБ и UВХ.

3. Снять с помощью осциллографа форму сигналов UВХ (t) и UВЫХ (t) при подаче на вход усилителя синусоидального сигнала.

4. Определить коэффициент усиления по напряжению в линейной шкале.

5. Исследовать форму сигналов на выходе усилителя при подаче на его вход:

1) синусоидального сигнала;

2) пилообразного сигнала;

3) прямоугольного сигнала.

Частота входного сигнала при этом должна изменяться в пределах от 1 до 50 кГц

6. Изменить во внутренних параметрах транзистора значения емкостей СК = 0 на СК = 1 пФ и СЭ= 0 на СЭ = 1 нФ.

Определить с помощью характериографа АЧХ и ФЧХ усилителя для всех следующих случаев:

а) СК = СЭ = 0 мкф;

б) СК = 1 пФ, СЭ = 0 нФ;

в) СК = 0 мкФ, СЭ = 1 н;

г) СК = 1 пФ, СЭ = 1 нФ.

7. Исследовать зависимость АЧХ и ФЧХ, а также fгр от значений Ск и Cэ.

8. В отчете привести семейство АЧХ и описать это словесно!

Рисунок  8.1.

Опыт 2 - Исследование усилительного каскада на основе реального транзистора

Задание:

1. Собрать схему транзисторного усилителя такую же как и в опыте 1 но с реальным транзистором (например, типа 2N2222).

2. Выполнить эксперименты аналогичные п.2-5 и п.7-8 опыта 1.

3. Изменить RБ1 в соответствии с таблицей 8.1.

Зарисовать семейство АЧХ. На графике указать численное значение полос пропускания для всех пяти случаев (см. табл. 8.1).

Таблица 8.1.

Исходное значение RБ1, кОм	Изменение RБ1, %	Коэффициент усиления, Ку
				Uвх	Uвых	Ку
	500	-10
		-5
		0
		+5
		+10

Опыт 3 - Исследование усилительного каскада на основе реального транзистора с последовательной отрицательной обратной связью (ООС) по току

Задание:

1. Собрать схему транзисторного усилителя такую же, как и в опыте 2 п.1.

2. В эмиттерную цепь транзистора VT1 подключить резистор RЭ = 100 Ом.

3. Снять форму UВХ (t), UВЫХ (t) и АЧХ

4. В эмиттерную цепь параллельно Rэ подключить Сэ = 100 мкФ.

5. Выполнить эксперименты в соответствии с п.3 данного опыта.

Содержание отчета:

1. Отчет должен содержать все рабочие схемы, таблицы и графики, использующиеся во всех трех опытах.

2. После каждого опыта необходимо сформулировать вывод, отражающий качественные результаты опыта и отличие их от результатов других опытов лабораторной работы.

3. В конце отчета необходимо привести обобщенный вывод по лабораторной работе.

Контрольные вопросы:

1. От каких параметров зависит коэффициент усиления каскада на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером?

2. Почему схема транзисторного каскада с последовательной ООС по току нагрузки используется чаще, чем схема каскада с параллельной ООС по входному напряжению?

3. Как зависит коэффициент усиления и АЧХ каскада с цепью последовательной ООС по току нагрузки от величины сопротивления резистора Rэ?

4. Почему в схеме с параллельной ООС по выходному напряжению коэффициент передачи имеет размерность сопротивления?

5. С какой целью введен конденсатор Сэ?

6. Что такое коэффициент нестабильности и как он влияет на точность поддержания тока покоя каскада при изменении температуры окружающей среды?

Лабораторная работа № 5

Тема: Операционные усилители

Цель работы: Исследовать базовые схемы включения операционных усилителей (ОУ) и более детально изучить их принципы действия, настройки и особенности реализации.

Порядок выполнения:

В каждом опыте необходимо:

1. Собрать в соответствии с заданием исследуемые схемы с подключением необходимых контрольно-измерительных приборов.

2. Задать и рассчитать параметры всех элементов исследуемой схемы. в соответствии с заданием.

3. Осуществить настройку всех используемых приборов.

4. Запустить схему на моделирование и выполнить все эксперименты в соответствии с заданием.

5. Сохранять результаты каждого эксперимента в соответствующих файлах.

Опыт 0 – Разомкнутый операционный усилитель

Задание 1:

1. Соберите схему приведенную на Рисунок 9.1 с идеальным ОУ.

2. Выберите величину резистора R1 равную, например, 50 кОм.

3. Понаблюдайте за поведением выходного сигнала Uвых изменяя с минимально возможным шагом величину резистора R1.

При этом определите:

а) Можно ли добиться "нуля" на выходе усилителя при Uвх = 0В?

Если нет, то дайте пояснение почему?

б) Коэффициент усиления Кu.

Задание 2:

1. Замените в схеме рис 9.1. ОУ на реальный (например, LM 741).

2. Проведите такие же эксперименты как также в п.2-3 задания 1 и сравните полученный в этом случае Кu с аналогичным параметром, указанным в спецификации на выбранный ОУ.

Рисунок  9.1.

Задание 3:

1. Отключите резистор R1 от входа ОУ в точке Х. Соедините оба входа ОУ ("+" и "-") вместе и вставьте резистор R2 с величиной не менее 1МОм так, чтобы можно было измерить малый входной ток усилителя , измеряя падение напряжения на этом резисторе, с помощью цифрового мультиметра (в диапазоне 1В или менее).

Ответьте на вопросы:

1.  Чем определяется входной ток?
2.  Соответствует ли измеренный Вами ток спецификации выбранного реального ОУ?

По знаку входного тока определите – на каких транзисторах построен входной каскад ОУ (n-p-n или p-n-p)?

2. Замените в исследуемой схеме ОУ на усилитель у которого входной каскад выполнен на униполярных транзисторах (например, LF 355).

Ответьте на вопрос: Можете ли ВЫ измерить входной ток этого ОУ? Если да, то соответствует ли он значению из спецификации на выбранныйОУ?

Опыт 1 – Инвертирующий усилитель

1.1. Соберите схему с идеальным ОУ, приведенную на Рисунок 9.2. а.

Последовательно выполните опыт с заданием коэффициентов передачи на нем –1 (минус единица), -Ni и -0,1 * Ni, где Ni – номер бригады.

1.2. Рассчитайте величину резистора R1, для заданных коэффициентов передачи, пользуясь нижеприведенными соотношениями:

   (9.1)

   (9.2)

Примите Roc = 100 кОм.

1.3. Измерьте величины токов и напряжений во всех цепях и точках схемы.

Особое внимание обратите на величины токов и напряжений в суммирующей точке усилителя и на неинвертирующем входе “ +”.

Исследование работы схемы в п.1.3 - 1.5 выполнить с использованием идеального и реального (LM324 и LM741) операционного усилителя.

а)

б)

Рисунок  9.2.

1.4. Исследуйте работу устройства при подаче на вход различных по форме и амплитуде сигналов (0.1мВ < Uвх < 10В), (0 < fвх < 20мГц).

1.5. Снимите амплитудно-частотную характеристику, используя характериограф.

1.6. Соберите схему инвертирующего повторителя, приведенную на Рисунок  9.2.б, и выполните пункт 1.3 при следующих значениях резистора R2:

1) R2 = 0;

2) R2 = 10 МОм;

3) R2 = R1 * Rос / R1 + Rос.

Дайте ответы на следующие вопросы:

1.  Что дает введение в схему резистора R2?
2.  Из каких соображений и как рассчитывается величина резистора R2?

Исследование работы схемы в п.1.3. - 1.5. выполнить с использованием операционного усилителя с идеальными характеристиками и реальными LM324 и LM741.

а)

.б)

в)

Рисунок 9.3.

Опыт 2– Неинвертирующий усилитель и повторитель

2.1. Соберите схему неинвертирующего повторителя, приведенную на Рисунок  9.3.а с параметрами резисторов, рассчитанных в п.1.2 и выполнить измерения в схеме аналогично пункту 1.3.

2.2. Проделайте эксперимент согласно п.2.1 с применением ОУ в режиме задания коэффициента передачи +1 и +Ni, +0,1 * Ni, используя схему Рисунок  9.3.б.

Для определения параметров схемы воспользуйтесь следующими соотношениями:

,    (9.3)

,   (9.4)

где  – коэффициент ослабления сигнала, изменяемый в пределах: 0 <  < 1, и связан с параметрами схемы соотношением:

.

Примечание:

1. При сборке схемы используйте величины резисторов, лежащие в диапазоне 1 кОм – 10 МОм.

2. Возьмите, например, R3 = Rос = 100 кОм.

Ответьте на вопрос: Что дает введение в схему R3 и R2?

2.3 Соберите схему неинвертирующего повторителя, приведенную на Рисунок  9.3.в.

Определите коэффициент передачи (усиления), выполнив измерения в схеме аналогично п.

Содержание отчета:

1. Отчет должен содержать все исследуемые схемы, рассчитанные величины и таблицы полученных результатов исследования работы схем.

2. Отчет должен содержать результаты моделирования по всем 5 опытам. Причем, каждая группа экспериментов должна быть представлена в виде отдельных файлов (файлов столько же сколько схем). Необходимые результаты распечатать.

Для двух опытов можно не приводить распечатку результатов моделирования, а привести схемы и таблицы, выполненные (нарисованные) вручную.

3. По каждому разделу необходимо сделать выводы. В конце отчета необходимо привести обобщенный вывод по работе в целом.

Контрольные вопросы.

1. Определите тип ООС, используемой в повторителе напряжения.

2. Докажите, почему коэффициент передачи схемы равен единице?

Рисунок  9.7.

3. Почему коэффициент усиления инвертирующего усилителя не может быть меньше единицы?

4. Докажите, почему коэффициент усиления инвертирующего усилителя не может быть уменьшен до нуля?

5.Обьясните, почему в дифференциальном усилителе коэффициент передачи напряжения, подаваемого на неинвертирующий вход ОУ, не может быть меньше единицы?

6. Покажите, как входные сопротивления схемы инвертирующего сумматора влияют на его входное напряжение.

7. Объясните, почему между входами ОУ и общей шиной необходимо включать резисторы с одинаковым сопротивлением.

8. Объясните, как необходимо рассчитывать элементы входных цепей ОУ с точки зрения компенсации погрешностей, обусловленных действием Uсм, Iвх.

Лабораторная работа № 6

Тема: Сумматоры на ОУ

Цель работы: Исследовать схемы построения алгебраических сумматоров и вычитателей на основе ОУ и более детально изучить их принципы действия, настройки и особенности реализации.

Порядок выполнения:

В каждом опыте необходимо:

1. Собрать в соответствии с заданием исследуемые схемы с подключением необходимых контрольно-измерительных приборов.

2. Задать и рассчитать параметры всех элементов исследуемой схемы. в соответствии с заданием.

3. Осуществить настройку всех используемых приборов.

4. Запустить схему на моделирование и выполнить все эксперименты в соответствии с заданием.

5. Сохранять результаты каждого эксперимента в соответствующих файлах.

Опыт 1– Инвертирующий суммирующий усилитель (Инвертирующий сумматор)

Инвертирующий сумматор (рис 10.1) суммирует входные напряжения и инвертирует результат.

Инвертирующая схема суммирования с масштабными коэффициентами – это вариант инвертирующего сумматора, в котором каждому входу придан собственный вес. Весовой коэффициент при этом равен Кі (коэффициенту передачи с і-го входа ) а напряжение на выходе определяется в соответствии с выражением (10.1).

3.1. Соберите схему инвертирующего сумматора в соответствии с Рисунок 10.1.

3.2. Установите коэффициенты передачи К1 = 3, К2 = 2, К3 = 5 и просуммируйте три входные напряжения Uвхі, амплитуды и знаки которых определяются согласно табл. 1 в соответствии с номером бригады (или порядковым номером студента в журнале группы).

Расчет необходимых величин R1, R2 и R3 осуществите задавшись значением Roc = 100 кОм.

Рисунок  10.1.

  ( 10.1)

где Кi = Roc/Ri, i = 1, 2, 3.

Таблица 10.1

UВх	Знак UВх для бригад
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
UВХ1=5В	+	-	+	-	+	-	-	-	+	+	+	+
UВХ2=3В	-	-	-	+	+	+	-	+	-	+	+	-
UВХ3=2В	+	+	-	-	+	+	+	-	-	-	+	+

Зафиксируйте значения выходного напряжения Uвых:

1.  при подаче каждого сигнала отдельно;
2.  при переборе всех комбинаций возможных состояний в приделах варианта бригады.

Примечание:

1. Задание постоянных напряжений на входах Uвхі (Uвх1, Uвх2 и Uвх3) можно осуществить:

а) с помощью потенциометра величиной, например, 50 кОм как в п. 1 опыта 0 и 2-х источников постоянного напряжения (например, "+ -" 15 В как на Рисунок  10.2);

Рисунок  10.2

б) с помощью источников постоянного напряжения (например, батареи) "жестко" задавая величину напряжения на их выходах.

2. В данном опыте (а также в последующих опытах данной лабораторной работы) можно использовать и переменные напряжения, если их частоты не слишком велики и все они синфазны!

Опыт 4–Схема сложения – вычитания (Сумматор – вычитатель)

Данная схема (например, Рисунок  10.3) может одновременно складывать и вычитать, то есть, производить алгебраическое суммирование входных напряжений (см. выражение 10.2).

Uвых = - [ Uвх1*K1 =Uвх2*K2 ] + [ Uвх3*K3 ],  (10.2)

где

K1 = Roc / R1, K2 = Roc / R2, К3 = R4 / R3

Причем, сумма ее инвертирующих масштабных коэффициентов (коэффициентов передачи со стороны инвертирующих входов) в соответствии с выражением (10.3) должна быть равна сумме неинвертирующих масштабных коэффициентов (коэффициентов передачи со стороны неинвертирующих входов)!

К1 + К2 = К3    (10.3)

При необходимости, чтобы соблюсти этот баланс, к схеме добавляют еще один резистор Rх так, чтобы сделать сумму инвертирующих масштабных коэффициентов равной сумме неинвертирующих.

4.1. Соберите схему сумматора – вычитателя в соответствии с Рисунок 10.3. В этом случае напряжение на выходе определяется в соответствии с выражением (10.2).

4.2. Установите коэффициенты передачи К1 = 1, К2 = 2 и К3 = 3 и просуммируйте три входные напряжения Uвхі, амплитуды и знаки которых определяются согласно табл. 1 в соответствии с номером бригады (или порядковым номером студента в журнале группы) как и в п.3.2 опыта 3.

Расчет необходимых величин R1, R2 и R3 осуществите задавшись значением Roc = R4 =100 кОм.

4.3. Рассчитайте и измерьте значение Uвых для заданного варианта набора Uвхі. Сравните измеренные значения с расчетными.

Рисунок 10.4.

Содержание отчета:

1. Отчет должен содержать все исследуемые схемы, рассчитанные величины и таблицы полученных результатов исследования работы схем.

2. Отчет должен содержать результаты моделирования по всем 5 опытам. Причем, каждая группа экспериментов должна быть представлена в виде отдельных файлов (файлов столько же сколько схем). Необходимые результаты распечатать.

Для двух опытов можно не приводить распечатку результатов моделирования, а привести схемы и таблицы, выполненные (нарисованные) вручную.

3. По каждому разделу необходимо сделать выводы. В конце отчета необходимо привести обобщенный вывод по работе в целом.

Контрольные вопросы.

1. Объясните, почему между входами ОУ и общей шиной необходимо включать резисторы с одинаковым сопротивлением.

2. Объясните, как необходимо рассчитывать элементы входных цепей ОУ с точки зрения компенсации погрешностей, обусловленных действием Uсм, Iвх.

3. Почему цепи внешней коррекции позволяют скомпенсировать погрешности выходного напряжения ОУ только при одной температуре окружающей среды?

4. Покажите, как необходимо выбирать элементы входных цепей ОУ для минимизации температурной нестабильности выходных напряжений инвертирующего и неинвертирующего усилителей.

5. Докажите, что дифференциальный усилитель может выполнять математическую операцию вычитания двух чисел.

6. Разработайте схему усреднения четырех входных напряжений.

7. Покажите, как необходимо выбирать элементы входных цепей диференциального усилителя и неинвертирующего сумматора для минимизации погрешности, обусловленной неидеальностью свойств ОУ.

8. Объясните влияние напряжения смещения ОУ на ошибку суммирования постоянных напряжений в схеме 10.3.

9. Из каких условий выводится соотношение между входным и выходным напряжением в схеме сумматора на основе ОУ?

10. Как можно реализовать схему для суммирования трех или более входных напряжений?

11. Как изменятся основные соотношения для схемы Рисунок  10.3, если на неинвертирующий вход ОУ подать постоянное напряжение?

12. Перечислите возможные способы изменения коэффициентов суммирования сигналов в схеме Рисунок  10.3.

13. При каких ограничениях на входные сигналы схема сумматора работает в линейном режиме?

Лабораторная работа №    

Тема: Интегратор и дифференциатор

Цель работы: Исследовать схемы интегратора и дифференциатора, построенных на основе операционных усилителей (ОУ) и более детально изучить их принципы действия, настройки и особенности реализации.

Порядок выполнения:

1. В каждом опыте необходимо:

2. Собрать в соответствии с заданием исследуемые схемы с подключением необходимых контрольно-измерительных приборов.

3. Задать и рассчитать параметры всех элементов исследуемой схемы в соответствии с заданием.

4. Осуществить настройку всех используемых приборов.

5. Запустить схему на моделирование и выполнить все эксперименты в соответствии с заданием.

6. Сохранять результаты каждого эксперимента в соответствующих файлах.

Опыт 1 – Интегратор

Задание:

1. Соберите схему интегратора, приведенную на Рисунок 10.1, с реальным ОУ (например, LM 741).

Рисунок  10.1.

Исходные данные:

Uвых = - КUвх dt,                                          (10.1)

где

К = 1 / RC.                                             (10.2)

2. Рассчитайте величину R при условии, что К = Ni * 100, где Ni – порядковый номер студента в журнале группы и С = 1 мкФ.

3. Исследуйте форму сигнала на выходе интегратора при подаче на его вход сигналов прямоугольной формы со следующими параметрами:

Uвх = 2 В,

fвх = 500 Гц.

Ответьте на вопрос: Изменяется форма Uвых при увеличении амплитуды Uвх до 15 – 20 В, то есть, при значениях близких к напряжению питания ОУ?

Если окажется, что при этом выходной сигнал приходит в "насыщение", то Вы должны попытаться устранить появившиеся  искажения с помощью введения в состав входного сигнала постоянного смещения. Для этого, очевидно, необходимо изменить настройку генератора.

Теперь поманипулируйте сдвигом Uвх по постоянному току, изменяя настройки генератора G, и Вы получите при этом хотя и не значения интеграл, зато хорошее настроение!

Попытайтесь найти объяснение полученным результатам!

3.2. По значениям параметров элементов схемы предскажите форму и амплитуду сигнала на выходе интегратора "от пика до пика". А потом на практике убедитесь в правдивости Ваших рассуждений и расчетов.

4. Исследуйте форму сигнала на выходе интегратора при подаче на его вход сигналов синусоидальной и пилообразной формы со следующими параметрами:

Uвх = 2 В,

fвх = 500 Гц.

Опыт 2 –Дифференциатор

Задание:

1. Соберите схему дифференциатора, приведенную на Рисунок 10.2, с реальным ОУ (например, LM 741).

Исходные данные:

Uвых = - К * (dUвх / dt),                                    (10.3)

где

К = RC.                                                (10.4)

2. Рассчитайте величину R при условии, что К = Ni * 100, где Ni – порядковый номер студента в журнале группы и С = 1 мкФ.

3. Исследуйте форму сигнала на выходе дифференциатора при подаче на его вход сигналов прямоугольной формы со следующими параметрами:

Uвх = 2 В,

fвх = 500 Гц.

Рисунок  10.2

Опыт 3 – Последовательное соединение интегратора и дифференциатора

Поскольку дифференцирование и интегрирование являются взаимно обратными операциями, следует ожидать, что, подав на вход интегратора прямоугольные импульсные сигналы и продифференцировав его выходной сигнал, мы опять получим прямоугольные сигналы. Проверьте это на практике!

Задание:

1. Соедините последовательно схемы интегратора и дифференциатора, которые были исследованы в опытах 1 и 2 (см. рис.  10.1 и 10.2). Параметры элементов схем прежние.

2. Подайте на вход интегратора с выхода генератора G сигналы прямоугольной формы со следующими параметрами

Uвх = 2 В,

fвх = 500 Гц.

3. Исследуйте форму сигналов на выходах интегратора и дифференциатора с помощью осциллографа.

4. Сравните формы и параметры сигналов на входе интегратора и выходе дифференциатора.

Каковы Ваши выводы?

Контрольные вопросы:

1. Объясните, каким образом можно уменьшить погрешность выходного напряжения реального интегратора.

2. Докажите, что выходной сигнал схемы, приведенной ниже, равен разности интегралов от входных напряжений.

Лабораторная работа № 7

Тема: Функциональные устройства на ОУ

Цель работы: Исследовать ряд функциональных устройств на основе операционных усилителей (ОУ) и более детально изучить их принципы действия, настройки и особенности реализации.

Порядок выполнения:

1. В каждом опыте необходимо:

2. Собрать в соответствии с заданием исследуемые схемы с подключением необходимых контрольно-измерительных приборов.

3. Задать и рассчитать параметры всех элементов исследуемой схемы в соответствии с заданием.

4. Осуществить настройку всех используемых приборов.

5. Запустить схему на моделирование и выполнить все эксперименты в соответствии с заданием.

6. Сохранять результаты каждого эксперимента в соответствующих файлах.

Опыт 1 – Ограничитель уровня сигнала

Задание:

1. Соберите схему ограничителя на ОУ, приведенную на Рисунок 10.4, с реальными ОУ (например, LM 741) и диодом (например, 1N914).

2. Испытайте ее, подавая на инвертирующий вход ОУ синусоидальный сигнал со следующими параметрами:

Uвх = Ni (B),

где Ni – порядковый номер студента в журнале группы.

fвх = 1 кГц,

а на неинвертирующий вход – постоянное напряжение ограничения (Uo) .

Понаблюдайте с помощью осциллографа за входным и выходным сигналами (Uвх и Uвых), изменяя амплитуду и полярность напряжения Uo а также подключение диода VD1 (меняя местами анод и катод).

Проанализируйте результаты эксперимента и сделайте соответствующие выводы!

3. Увеличивая частоту входного сигнала, посмотрите изменится ли Uвых на более высоких частотах и если да, то почему?

Рисунок  12.1.

Опыт 2 – Компаратор

Задание:

1. Соберите схему компаратора, приведенную на Рисунок 10.5, с реальными ОУ (например, LM 741).

2. Испытайте ее, подавая на неинвертирующий вход ОУ синусоидальный и пилообразный сигналы со следующими параметрами:

Uвх = Ni (B),

где Ni – порядковый номер студента в журнале группы,

fвх = 1 кГц,

а на инвертирующий вход – постоянное опорное напряжение (Uоп).

Понаблюдайте с помощью осциллографа за входным и выходным сигналами (Uвх и Uвых), изменяя амплитуду и полярность напряжения Uоп.

Проанализируйте результаты эксперимента и сделайте соответствующие выводы!

Рисунок  12.2.

Опыт 3 – Триггер  Шмидта

Задание:

1. Соберите схему триггера Шмидта на основе компаратора, приведенную на Рисунок 10.6 с реальными ОУ (например, LM 741).

2. Испытайте ее, подавая на неинвертирующий вход ОУ синусоидальный сигнал со следующими параметрами:

Uвх = Ni (B),

где Ni – порядковый номер студента в журнале группы,

fвх = 1 кГц,

и используя в схеме следующие величины резисторов:

R1 = 100 кОм,

R2 = 10 кОм.

3. Понаблюдайте с помощью осциллографа за входным и выходным сигналами (Uвх и Uвых), изменяя величину резистора R1 и R2 (то есть, коэффициент ослабления сигнала отрицательной обратной связи (Кос) делителем напряжения, состоящим из резисторов R1 и R2.

Проанализируйте результаты эксперимента и сделайте соответствующие выводы.

4. Снимите амплитудно-передаточную характеристику (АПХ) такого компаратора Uвых = f(Uвх).

5. Изменяя величину резистора R2 посмотрите еще раз изменится ли при этом Uвых и если да, то как это отразится на АПХ?

Рисунок  12.3.

Опыт 4 – Генераторы сигналов

Задание 1:

1.1. Соберите схему генератора сигналов прямоугольной формы на основе триггера Шмидта, приведенную на Рисунок 12.4, с реальными ОУ (например, LM 741).

Рисунок  12.4.

1.2. Задайте частоту генератора равную Ni кГц (где Ni – порядковый номер студента в журнале группы), воспользовавшись следующими расчетными соотношениями:

Кос = R2 / (R1 + R2), где Кос = 0,473,                (10.5)

F = 1 / 2Roc * C,                                      (10.6)

при следующих значениях параметров элементов схемы:

R3 = 100 кОм,

R4 = 100 кОм.

1.3. Наблюдайте с помощью осциллографа выходной сигнал (Uвых) и сравните действительную частоту генератора с расчетным значением.

Задание 2:

2.1. Подсоедините к выходу полученного в задании 1 генератора прямоугольных импульсов интегратор, который был исследовался в опыте 1.

2.2. Рассчитайте значения R и C в схеме интегратора так, чтобы получаемый на выходе сигнал треугольной формы имел пиковое значение 5 В (от пика до пика 10 В).

Содержание отчета:

Отчет должен содержать результаты моделирования по всем шести  опытам. Причем, каждая группа экспериментов имеет отдельный файл (файлов столько же, сколько схем). Результаты распечатать.

Контрольные вопросы:

1. Каким образом можно изменять передаточные характеристики ограничителя уровня при входных напряжениях, близких к нулю.

2. Разработайте схему неинвертирующего ограничителя уровня и поясните, чем его свойства отличаются от свойств инвертирующего ограничителя.

3.Чем схема сравнения отличается от схемы усиления?

4. Какие выходные напряжения могут формироваться на выходе схемы сравнения?

5. Что такое компараторный режим работы ОУ?

6. Чем объясняется ошибка определения уровня входного напряжения?

7. Докажите, что при включении полупроводниковых диодов в цепь ООС инвертирующего усилителя его выходное напряжение пропорционально логарифму от входного напряжения.

8. Каковы особенности применения ОУ в схемах компараторов?

9. Перечислите способы построения схем детекторов положительного уровня входного напряжения.

10. Чем определяется точность задания порогов входного напряжения в схемах детекторов уровня на основе ОУ?

11. На чем основана работа компаратора с фиксированной зоной входного напряжения?

12. Можно ли в компараторе на основе триггера Шмидта сделать уровни порогов входного напряжения разными? Если да, то, каким образом?

Приложение А

Аналоговые микросхемы

В приводимом ниже списке ОУ данные приводятся в следующем порядке: тип ОУ, фирма-разработчик, отечественный аналог и его краткая характеристика.

AD507 AD	154УД2	Быстродействующий ОУ;
AD509 AD	154УДЗ	Быстродействующий ОУ;
AD513 AD	КР574УД1	Быстродействующий ОУ;
СА3140 RCA	К1409УД1	ОУ с полевыми транзисторами на входе;
САЗ 130 RCA	КР544УД2	Широкополосный ОУ с полевыми транзисторами на входе;
САЗОЗО RCA	КР140УД5	Быстродействующий ОУ;
LF157 NS	К140УД23	Быстродействующий ОУ с малыми входными токами;
LF355 NS	КР140УД18	Широкополосный ОУ;
LF356 NS	К140УД22	Широкополосный ОУ;
LM107 NS	К153УД6	ОУ с частотной коррекцией;
LM108 NCS	К140УД14	Прецизионный ОУ;
LM301 NCS	К553УД2	Быстродействующий ОУ;
LM308 NCS	КР140УД1408	Прецизионный ОУ;
LM143 NCS	К1408УД1	Высоковольтный ОУ;
LM358 NCS	К1401УД5
ЬМ2Ц NCS	K554CA3	ОУ для компараторов;
LM392 NCS	К1423УДЗ
МС1456 МОТА	КР140УД6	ОУ со встроенной коррекцией;
ОР-07	К140УД17	Прецизионный ОУ.

Расшифровка аббревиатур фирм-изготовителей: AD — Analog Devices, NS — National Semiconductors, МОТА — Motorola Semiconductor Products. При необходимости можно составить в EWB отдельную библиотеку из отечественных ОУ [4].

В библиотеке программы EWB используется только серия SN74. Редактирование параметров отдельных ИМС, к сожалению, невозможно. Для облегчения работы с библиотекой ниже приводится список отечественных аналогов серии SN74 (для краткости некоторые повторяющиеся символы опущены).

7400	155ЛАЗ	4 элемента 2И-НЕ (цифра 2 означает 2-входовой);
7402	155ЛЕ1	4 элемента 2ИЛИ-НЕ;
7406	155ЛНЗ	6 элементов НЕ с открытым коллектором;
7407	155ЛП9	6 буферных элементов с открытым коллектором;
7408	155ЛИ1	4 элемента 2И;
7409	155ЛИ2	4 элемента 2И с открытым коллектором;
7410	155ЛА4	3 элемента ЗИ-НЕ;
7412	155ЛА10	3 элемента ЗИ-НЕ с открытым коллектором;
7420	155ЛА1	2 элемента 4И-НЕ;
7422	155ЛА7	2 элемента 4И-НЕ с открытым коллектором;
7425	155ЛЕЗ	2 элемента 4И-НЕ со входом стробирования;
7426	155ЛА11	4 элемента 2И-НЕ с открытым коллектором;
7428	155ЛЕ5	4 элемента 2ИЛИ-НЕ;
7430	155ЛА2	Элемент 8И-НЕ;
7432	155ЛЛ1	4 элемента 2ИЛИ;
7437	155ЛА12	4 элемента 2И-НЕ с открытым коллектором;
7438	155ЛА13	4 элемента 2И-НЕ с открытым коллектором;
7440	155ЛА6	2 элемента 4И-НЕ с повышенной нагрузочной способностью;
7442	555ИД6	Дешифратор 4х10 (декодирование 4-разрядного двоичного числа в десятичное);
7451	155ЛР11	Элементы 2-2И-2ИЛИ-НЕ (2 элемента 2И, выходы которых подключены на кристалле ИМС к элементу 2ИЛИ-НЕ) и 2-ЗИ-2ИЛИ-НЕ (аналогично для 2-ЗИ);
7454	155ЛР13	Элемент 2-3-3-2И-4ИЛИ-НЕ (2 элемента 2И и 2 элемента ЗИ объединены через 4ИЛИ-НЕ);
7455	155ЛР4	Элемент 4-4И-2ИЛИ-НЕ (2 элемента 4И объединены через 2ИЛИ-НЕ) с возможностью объединения по ИЛИ (выходной каскад элемента 2ИЛИ-НЕ имеет дополнительные входы транзистора С — Collector и Е — Emitter, что и позволяет осуществить объединение по ИЛИ);
7472	155ТВ1	JK-триггер с элементом ЗИ на входах;
7474	155ТМ2	2 D-триггера;
7475	155ТМ7	4 D-триггера с прямыми и инверсными выходами;
7476	155ТВ7	2 JK-триггера;
7477	155ТМ5	4 D-триггера с прямыми выходами;
7486	155ЛП5	4 элемента Исключающее ИЛИ;
7490	155ИЕ2	4-разрядный асинхронный двоично-десятичный счетчик;
7492	155ИЕ4	4-разрядный асинхронный счетчик-делитель на 12;
7493	155ИЕ5	4-разрядный асинхронный двоичный счетчик;
74107	155ТВ6	2 JK-триггера с раздельной установкой нуля;
74109	155ТВ15	2 JK-триггера;
74112	155ТВ9	2 JK-триггера;
74113	155ТВ10	2 JK- триггера с предустановкой нуля или единицы;
74114	155ТВ11	2 JK-триггера с предустановкой нуля или единицы и общим обнулением;
74125	155ЛП8	4 буфера с тремя состояниями;
74126	155ЛП14	4 формирователя с тремя состояниями;
74134	155ЛА19	Элемент 12И-НЕ с тремя состояниями;
74138	155ИД7	Дешифратор-демультиплексор 3х8;
74139	155ИД14	2 дешифратора-демультиплексора 2х4;
74145	155ИД10	Двоично-десятичный дешифратор с открытым коллектором;
74148	155ИВ1	Шифратор приоритетов 8х3;
74150	155КП1	Селектор-мультиплексор 16х1;
74151	155КП7	Селектор-мультиплексор 8х1;
74152	155КП5	Селектор-мультиплексор 8х1;
74153	155КП2	2 селектора-мультиплексора 4х2;
74154	155ИДЗ	Дешифратор-демультиплексор 4х16;
74155	155ИД4	2 дешифратора-мультиплексора 2х4;
74156	555ИД5	2 дешифратора-демультиплексора 2х4 с открытым коллектором;
74157	533КП16	4-разрядный селектор-мультиплексор 2х1;
74158	1533КП18	4-разрядный селектор-мультиплексор 2х1 с инверсией;
74160	155ИЕ9	4-разрядный синхронный двоично-десятичный счетчик;
74162	1533ИЕ11	4-разрядный синхронный десятичный счетчик;
74163	155ИЕ18	4-разрядный синхронный реверсивный двоично-десятичный счетчик;
74164	155ИР8	8-разрядный регистр сдвига с параллельными выходами;
74169	155ИЕ17	4-разрядный двоичный синхронный реверсивный счетчик;
74173	155ИР15	4-разрядный регистр с тремя состояниями;
74174	155ТМ9	6 D-триггеров; »
74175	155ТМ8	4 D-триггера;
74181	155ИПЗ	4-разрядное АЛУ;
74191	155ИЕ13	Синхронный реверсивный двоичный счетчик;
74194	155ИР11	4-разрядный универсальный регистр сдвига;
74195	155ИР12	4-разрядный регистр сдвига с параллельным вводом;
74198	155ИР13	8-разрядный универсальный регистр сдвига;
74240	155АПЗ	8 буферов с инверсией и тремя состояниями;
74241	155АП4	8 буферов с тремя состояниями;
74244	155АП5	2х4 буферов с тремя состояниями;
74251	155КП15	Селектор-мультиплексор 8х1 с тремя состояниями;
74253	155КП12	2 селектора-мультиплексора 4х1 с тремя состояниями;
74257	155КП11	4 селектора-мультиплексора 2х1 с тремя состояниями;
74258	155КП14	4 селектора-мультиплексора 2х1 с тремя состояниями и инверсией;
74273	155ИР35	8-разрядный регистр с установкой нуля;
74280	1533ИП5	9-разрядная схема контроля четности;
74283	155ИМ6	4-разрядный полный сумматор с ускоренным переносом;
74298	155КП13	4 2-входовых мультиплексора с запоминанием;
74365	155ЛП10	6 повторителей с управлением по входам и тремя состояниями;
74367	155ЛП11	6 повторителей с раздельным управлением по входам и тремя состояниями;
74373	155ИР22	8-разрядный буферный регистр с тремя состояниями и потенциальным управлением;
74374	155ИР23	8-разрядный буферный регистр с тремя состояниями и импульсным управлением;
74377	155ИР27	8-разрядный регистр с разрешением записи.

Ссылки в этом перечне на ИМС других серий вызвано их отсутствием в серии 155, однако здесь это не имеет существенного значения, поскольку речь идет только о выяснении функционального назначения выводов.

Цифровые ИМС КМОП-серии получили название от своего базового элемента, в котором используется так называемая комплементарная пара из двух МОП-транзисторов различной проводимости. Такие ИМС характеризуются малым потреблением мощности в статическом режиме (0,02...! мкВт на вентиль), большим диапазоном питающих напряжений (3.18 В), высоким входным сопротивлением (до десятков ТОм), большой нагрузочной способностью, незначительной зависимостью характеристик от температуры, малыми размерами транзисторов в интегральном исполнении и, как следствие, более высокой степенью интеграции по сравнению с ТТЛ-микросхемами.

Первые ИМС по КМОП-технологии разработаны фирмой RCA в 1968 г. Эта серия имела название CD4000 (отечественные аналоги — серии 164 и 176), затем последовали серии CD4000A, CD4000B (отечественные аналоги — 564, 561 и 1561, а также МС14000А и МС14000В фирмы Motorola) и 54НС фирмы National Semiconductor в 1981 г. (отечественный аналог — серия 1564).

В программе EWB в качестве библиотечных используюся ИМС фирмы RCA, большинство которых приведено в следующем перечне:

сериz CD4000	отечественные аналоги	назначение, характеристики
4001	561ЛЕ5	4 элемента 2ИЛИ-НЕ;
4002	561ЛЕ6	2 элемента 4ИЛИ-НЕ;
4011	561ЛА7	4 элемента 2И-НЕ;
4012	561ЛА8	2 элемента 4И-НЕ;
4013	561ТМ2	2 D-триггера;
4015	561ИР2 2	4-разрядных сдвиговых регистра;
4023	561ЛА9	3 элемента ЗИ-НЕ;
4025	1561ЛЕ10	3 элемента ЗИЛИ-НЕ;
4028	561ИД1	двоично-десятичный дешифратор;
4030	561ЛП2	4 элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ;
4040	1561ИЕ20	12-разрядный двоичный счетчик;
4066	561КТЗ	4 переключателя (цифрового или аналогового сигнала);
4070	1561ЛП14	4 элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ;
4081	1561ЛИ2	4 элемента 2И.

Приведем систему обозначений входов и выходов простейших логических элементов, используемых в программе EWB. Обозначения для ТТЛ-серии приводятся в первых круглых скобках, для КМОП — во вторых, при одинаковых обозначениях — без скобок:

Вывод для питания — (Ucc), (Udd);

Общий вывод — (GND), (Uss);

Вывод не подключен — NC;

Входы—(А, В, С...),(!);

Выходы — (Y), (О);

Вход стробирования — (G).

Приведем пример обозначения последовательности выводов для 2-входовых логических элементов:

(1А 1В 1Y, 2А 2В 2Y, ЗА 3В 3Y, 4А 4В 4Y), (II 12 01,13 14 02,15 16 03,17 18 04).

Для более сложных ИМС определение функционального назначения их выводов целесообразно проводить путем сопоставления с отечественными аналогами [4—10].

EMBED Word.Picture.8  

EMBED Word.Picture.8  

EMBED Word.Picture.8  

EMBED Word.Picture.8  

ROC

R2

UВЫХ

EMBED Word.Picture.8  

EMBED Word.Picture.8  

EMBED Word.Picture.8  

EMBED Word.Picture.8