характеристики инвертирующего усилителя
при максимальном уровне входного сигнала
| F, кГц | |||||||||
| Uвых, В |
8. Выполнить оценку коэффициента усиления инвертирующего усилителя при переменном входном сигнале. Для этого на вход усилителя при подаче сигнала подключается конденсатор С.
Провести анализ искажений входного сигнала инвертирующим усилителем.
Неинвертирующий усилитель
1. С помощью переключателей на лабораторном стенде (рис. 2.3) подключить схему неинвертирующего усилителя (рис. 2.5, а).
2. Выполнить расчет инвертирующего усилителя по следующим исходным данным: K u = 11; K0 = 5 × 105; Rн – 100 кОм; ТКЕ = 50 мкВ/К; Uсм = 50 мВ; напряжение входного сигнала Ес = (0,1; 1; 1,4 В); С = 1 мкФ. В процессе расчета определить: Rос, R1, R бал, Kpeал , β, ΔUвых.
3. Используя переключатели, выполнить подключение схемы установки нуля операционного усилителя. Для этого на выход усилителя подключить цифровой вольтметр в режиме измерения по постоянному току. Затем, вращая переменные резисторы R0 и Rбал, установить на выходе операционного усилителя значение напряжения, равное нулю.
4. В процессе экспериментального исследования установить максимальное значение входного сигнала с использованием цифрового вольтметра и определить коэффициент усиления по напряжению неинвертирующего усилительного каскада.
5. Экспериментально снять проходную характеристику неинвертирующего усилителя. Для этого на вход подключить генератор переменного сигнала, а на выход – цифровой вольтметр. Данные эксперимента занести в табл. 2.4. Уровень входного сигнала изменять с шагом 0,1 В от 0 до 1,4 В.
а)
б)
Рис. 2.5. Принципиальная электрическая схема усилителя:
а – неинвертирующего; б – переменного напряжения
2.4. Экспериментальные данные проходной
характеристики неинвертирующего усилителя
| Uвх, В | |||||||||
| Uвых, В |
По экспериментальным данным построить график проходной характеристики и определить коэффициент усиления неинвертирующего усилителя по напряжению.
6. Снять амплитудно-частотную характеристику для среднего уровня сигнала на входе (0,7 В). Для снятия амплитудно-частотной характеристики на вход неинвертирующего усилителя подключить генератор переменного сигнала, а на выход – цифровой вольтметр и осциллограф. Полученные экспериментальные данные занести в табл. 2.5.
2.5. Экспериментальные данные амплитудно-частотной
характеристики неинвертирующего усилителя
характеристики неинвертирующего усилителя
дифференциального усилителя
2.7. Экспериментальные данные проходной характеристики
дифференциального усилителя
| Uвх1, В | |||||||||
| Uвых, В | |||||||||
| Uвх2, В |
4. По экспериментальным данным построить графики проходной характеристики.
5. Используя экспериментальные данные, рассчитать коэффициент усиления по напряжению и выходное напряжение дифференциального усилителя.
6. Снять амплитудно-частотную характеристику для среднего уровня сигнала на входе (0,7 В). Для снятия амплитудно-частотной характеристики на вход дифференцирующего усилителя подключить генератор переменного сигнала, а на выход – цифровой вольтметр и осциллограф. Полученные экспериментальные данные занести в табл. 2.8.
2.8. Экспериментальные данные амплитудно-частотной
мультивибратора
Описание лабораторного стенда
Лабораторный стенд для изучения импульсных схем на основе операционного усилителя включает следующие структурные компоненты: операционный усилитель, имеющий двухполярное электропитание ±15 В, встроенный источник питания ±15 В, устройства на основе операционного усилителя: аналоговый однополярный компаратор, мультивибратор, ждущий мультивибратор, которые структурно формируются подключением к операционному усилителю с помощью переключателей SB1-SB7. Для установки нуля операционного усилителя на лабораторном стенде подключены соответствующим образом ко входам установки нуля усилителя и источнику питания переменные резисторы R0 и Rбал.
На лабораторном стенде приведена информация на стенде о клеммах для подачи входных напряжений и контроля входных и выходных сигналов: аналогового компаратора 
– 1А, 1Б; 
– 2А, 2Б; ждущего мультивибратора – 
– 3А, 3Б; мультивибратора; клеммы для контроля выходного напряжения 
– 5А, 5Б, и клеммы корпуса – 6А, 6Б; 7А, 7Б; 8А, 8Б.
На стенде также предусмотрены переключатели «Сеть» и «Питание ОУ» – питание операционного усилителя.
Схема лабораторного стенда по изучению импульсных устройств на основе операционного усилителя приведена на рис. 3.4.
Порядок выполнения работы
При выполнении лабораторной работы исследуются следующие устройства на основе операционного усилителя: аналоговый компаратор, мультивибратор, ждущий мультивибратор.
Аналоговый компаратор
1. Используя переключатели, выполнить подключение схемы установки нуля операционного усилителя. Для этого на выход усилителя подключить цифровой вольтметр в режиме измерения по постоянному току. Затем, вращая переменные резисторы R0 и Rбал, установить на выходе операционного усилителя значение напряжения, равное нулю.
2. С помощью переключателей на лабораторном стенде (рис. 3.4) подключить схему компаратора (рис. 3.1, а). На стенде электорадиокомпоненты имеют следующие номиналы: Rн = 100 кОм; Rl = l кОм; R2 = 1 МОм.
3. На инвертирующий вход аналогового компаратора Uвх подавать переменный сигнал с генератора с амплитудой от 0,3 до 1,2 В с шагом 0,3 В. На неинвертирующий вход компаратора подать опорное напряжение Uоп от источника постоянного питания амплитудой 0,6 В.
Полученные экспериментальные данные занести в табл. 3.1.
3. На вход и выход компаратора подключить осциллограф. Используя на панели осциллографа регуляторы амплитуды и частоты сигнала, синхронизации, получить четкое изображение формы сигнала на входе и выходе компаратора.
4. Зарисовать осциллограммы на входе и выходе компаратора с экрана осциллографа для значений входного и опорного напряжений, приведенных в табл. 3.1.
3.1. Данные экспериментальных исследований компаратора
| Uвх, В | ||||||||
| Uоп, В | ||||||||
| Uвых, В |
Рис. 3.4. Схема лабораторного стенда для исследования импульсных схем
счетчика
Рис. 5.4. Принципиальная электрическая схема счетчика на
сдвигающих регистрах
Рис. 5.5. Принципиальная электрическая схема унитарного
кольцевого счетчика
3. На D-триггерах организовать сдвигающий вправо регистр, для чего:
3.1. Соединить соответствующим образом триггеры.
3.2. Через установленные входы записать «1» во все триггеры.
3.3. На входы левого триггера подать сигнал «01».
3.4. Подключить тактовый вход триггеров к генератору импульсов и убедиться, что записанное число сдвинулось вправо, и все триггеры обнулились.
4. На элементах «И-НЕ» собрать принципиальные электрические схемы RS-, JK- и D-триггеров. Проверить их функционирование по таблицам истинности.
5. На JK-триггерах собрать принципиальные электрические схемы счетчиков:
5.1. Последовательного двоичного счетчика с индикацией результата счета (рис. 5.3); в исходном состоянии установить все триггеры в «0»;
5.2. На сдвигающих регистрах (рис. 5.4); в исходном состоянии установить все триггеры в «0»;
5.3. Унитарного кольцевого счетчика (рис. 5.5).
5.5. Таблица истинности для построения комбинационного устройства
| Вх. | Вх. | Вх. | Вых. | |
| N | Х3 | Х2 | Х1 | Y |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 2 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 3 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 4 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 5 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 6 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 7 | 1 | 1 | 1 | 0 |
5.6. Таблица истинности для построения сумматора
| N | а | B | S | P |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 2 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 3 | 1 | 1 | 0 | 1 |
Содержание отчета
1. Название и цель лабораторной работы.
2. Рисунок лабораторного стенда.
3. Таблица истинности и принципиальная электрическая схема комбинационного устройства.
4. Таблица истинности и принципиальная электрическая схема одноразрядного двоичного полусумматора.
5. Таблица истинности и принципиальная электрическая схема сдвигающего регистра на D-триггерах.
6. Таблица истинности и принципиальная электрическая схема RS-, JK- и D-триггеров.
7. Таблица истинности и принципиальная электрическая схема двоичного счетчика.
8. Таблица истинности и принципиальная электрическая схема двоичного счетчика на сдвигающих регистрах.
9. Таблица истинности и принципиальная электрическая схема двоичного унитарного кольцевого счетчика.
10. Выводы по результатам выполнения лабораторной работы.
Контрольные вопросы
1. Классификация триггерных устройств по функциональному признаку.
2. Особенности тактируемых и асинхронных триггерных устройств.
3. Требования к длительности тактовых импульсов RS-триггеров.
4. Особенности JK-триггеров и их функциональная надежность.
5. Схемы D-триггеров на элементах «И-НЕ».
6. Чем определяется задержка в тактируемых и асинхронных D-триггерах?
7. Сравните по реализации D-, RS-, JK-триггерные системы по аппаратным затратам, быстродействию и помехоустойчивости.
8. Параметры, которыми характеризуются счетчики.
9. Методы организации переноса в счетчиках.
10. Отличительные особенности двоичных и недвоичных счетчиков.
11. Приведите примеры реализации регистров сдвига на основе различных триггеров.
12. Счетчики на основе регистров сдвига.
Лабораторная работа 6
цифровоЙ генератор периодического сигнала
Цель работы: изучить принцип действия цифрового генератора периодического сигнала, определить частотный диапазон опорного и цифрового генераторов.
Краткие теоретические сведения
По сравнению с аналоговыми генераторами цифровые обладают высокой стабильностью и точностью воспроизведения сигнала, что в ряде случаев является решающим фактором. Кроме того, цифровые генераторы могут воспроизводить такие формы сигналов, которые другими средствами генерировать нельзя. Структурная схема цифрового генератора показана на рис. 6.1 [5].
Цифровой генератор состоит из генератора тактовых импульсов ГТИ, делителя частоты с переменным коэффициентом деления ДПКД, управляемого внешним кодом, адресного счетчика СЧ и функционального преобразователя ФП. ДПКД необходим для изменения временного масштаба генерируемого сигнала. Форма сигнала задается ФП по мере изменения выходного кода счетчика СЧ, который при постоянной частоте счетчика изменяется линейно.
В цифровых генераторах периодического сигнала при генерировании сигнала (например, синусоидального) требуется, чтобы выходной код счетчика СЧ нарастал до максимального значения, а затем уменьшался до нуля, снова нарастал и т.д. Для этого используется схема генератора на рис. 6.2 [5].
Рис. 6.1. Структурная схема цифрового генератора
Рис. 6.2. Генератор периодического симметричного сигнала
Предположим, что открыт верхний по схеме элемент И, тактовые импульсы поступают на суммирующий (+) вход счетчика. Выходной код счетчика нарастает до максимального значения. В этот момент на выходе переполнения (+P) появляется импульс, который по входу S запускает триггер. На прямом выходе триггера появляется потенциал логической 1, которым открывается нижний по схеме элемент И. Теперь тактовые импульсы поступают на вычитающий (–) вход счетчика и выходной код счетчика уменьшается. Когда он становится равным нулю, на нулевом выходе счетчика (0) появляется импульс, который по выходу R сбрасывает триггер. На инверсном выходе триггера появляется потенциал логической 1, которым открывается верхний по схеме элемент И, снова тактовые импульсы поступают на суммирующий вход счетчика и т.д. Выходы переполнения и нуля имеются во многих микросхемах счетчиков, если таких выводов нет, необходимо устанавливать дешифраторы.
Описание лабораторного стенда и методические указания
Схема опорного генератора приведена на рис. 6.3 [5]. Диапазон рабочих частот опорного генератора равен от 280 Гц до 790 кГц. Генератор выполнен на трех инверторах и одной времязадающей RC-цепи. Ее особенностью является использование резистора RC-цепи как для перезарядки конденсатора, так и для улучшения условий самовозбуждения схемы.
Этот резистор, охватывая инвертор цепью ООС, выводит его линейный (усилительный) участок передаточной характеристики. Это в первый момент позволяет гарантированно получить значение петлевого усиления >1, т.е. способствует выполнению условий самовозбуждения генератора.
Рис. 6.3. Электрическая схема опорного генератора
Следует заметить, что если модули максимального и минимального значений напряжения на конденсаторе в общем случае не равны друг другу, то интервалы заряда и разряда времязадающего конденсатора также неодинаковы. Следовательно, на выходе генератора существует периодическая последовательность импульсов со скважностью q.
Электрическая схема лабораторной установки цифрового генератора периодического сигнала показана на рис. 6.4 [6].
Рис. 6.4. Электрическая схема лабораторной установки:
2А – питание; 1А, 1Б – 8Б (на стенде) – корпус
Порядок выполнения работы
1. Собрать схему для определения частотных диапазонов генераторов в соответствии с рис. 6.5.
2. Определить частотный диапазон опорного генератора и цифрового генератора периодического сигнала. Для этого, изменяя сопротивление переменного резистора R1 на стенде (рис. 6.4), контролировать частоту на выходе цифрового генератора периодического сигнала по частотомеру на выходах 5, 6, 7, 8. Полученные данные занести в табл. 6.1.
3. Зарисовать осциллограммы выходных сигналов для каждого выхода на одном графике, пример которых представлен на рис. 6.6.
Рис. 6.5. Структурная схема определения параметров генераторов:
БП – блок питания (источник постоянного напряжения);
ЦГ – цифровой генератор; частотомер – Ф5041
Содержание отчета
1. Название и цель работы.
2. Построить зависимость частоты цифрового генератора периодического сигнала от частоты опорного генератора для каждого выхода цифрового генератора.
3. Зарисовать осциллограммы выходных сигналов цифрового генератора.
4. Выводы по результатам лабораторной работы.
6.1. Значение частоты на выходах генератора
| Положение | |||||||||
| Fоп. ген, Гц | |||||||||
| Fц.г, Гц | Вых. 5 | ||||||||
| Вых. 6 | |||||||||
| Вых. 7 | |||||||||
| Вых. 8 | |||||||||
Рис. 6.6. Осциллограммы выходных сигналов цифрового генератора
Контрольные вопросы
1. Какими преимуществами обладают цифровые генераторы по сравнению с аналоговыми?
2. Каким образом формируется сигнал в генераторах периодического сигнала?
3. Для чего служит резистор в RC-цепи опорного генератора?
4. В чем назначение функционального преобразователя в схеме цифрового генератора?
Лабораторная работа 7
функциональнЫЙ преобразователЬ
на ОСНОВЕ дешифраторА
Цель работы: исследовать процесс преобразования цифровых кодов на примере функционального преобразователя, выполненного на дешифраторе.
Краткие теоретические сведения
Функциональными преобразователями (ФП) называются устройства, которые преобразуют одну группу цифровых кодов в другую группу кодов, значения которых связаны с первой группой функциональной зависимостью. К ФП можно отнести устройства возведения в степень и извлечения корня, нахождения тригонометрических, логарифмических и других функций.
Описание лабораторного стенда и методические указания
Рассмотрим принцип действия функционального преобразователя на дешифраторе. Входной код подается на управляющие входы дешифратора DD1 (рис. 7.1)[5].
Для пояснения схемы построим устройство возведения в квадрат для четырехразрядного входного кода (16 значений). Составим табл. 7.1, в которой приведены коды квадратов чисел.
7.1. Коды квадратов чисел
| X | Y | Двоичный код квадрата |
| 0 | 0 | 00000000 |
| 1 | 1 | 00000001 |
| 2 | 4 | 00000100 |
| 3 | 9 | 00001001 |
| 4 | 16 | 00010000 |
| 5 | 25 | 00011001 |
| 6 | 36 | 00100100 |
| 7 | 49 | 00110001 |
Продолжение табл. 7.1
| X | Y | Двоичный код квадрата |
| 8 | 64 | 01000000 |
| 9 | 81 | 01010001 |
| 10 | 100 | 01100100 |
| 11 | 121 | 01111001 |
| 12 | 144 | 10010000 |
| 13 | 169 | 10101001 |
| 14 | 196 | 11000100 |
| 15 | 225 | 11100001 |
Рассмотрим запись квадратов чисел в двоичном коде. Для каждого разряда выходного кода нужно объединить единицы, встречающиеся в вертикальных колонках. Например, для старшего 8-го разряда единицы есть в позиции от 12 до 15. Соответствующие входы дешифратора DD1 подключаются к микросхеме DD2, выход которой является выходом старшего разряда (27). Для разряда 25 единицы имеются для чисел 6, 7, 10, 13, 15, которые объединяются на микросхеме DD4 и т.д. Следует обратить внимание на то, что поскольку выходы дешифратора DD1 инверсные, то объединяющими элементами являются элементы И (для прямых выходов были бы элементы ИЛИ).
В описанных способах реализуется ступенчатое приближение к заданной функциональной зависимости. Более совершенным является кусочно-линейное приближение, показанное на рис. 7.2.
Функция задается набором начальных отсчетов A0, A1, A2... и коэффициентов наклона функции на различных участках B0, B1, B2... В этом случае нужны два ФП для коэффициентов.
В качестве адресов для этих ФП используются старшие адреса аргумента, а младшие адреса подаются на умножитель, где умножаются на коэффициенты B0, B1, B2... С умножителя и ФП отсчетов A0, A1, A2... результаты суммируются (рис. 7.3). В такой схеме с помощью двух ФП, например на 8 отсчетов каждый, можно построить ФП на 64 отсчета.
Рис. 7.1. Функциональный преобразователь на дешифраторе
Порядок выполнения работы
1. Подключить питание к выводам 1А и 2А (2А – +5 В, 1А – корпус).
2. Подключить выходы 1, 2, 4, 8 генератора, выполненного в лабораторном стенде «Цифровой генератор прямоугольных импульсов», к выводам 5Б, 6Б, 7Б и 8Б соответственно.
Рис. 7.2. Кусочно-линейное приближение функции
Рис. 7.3. Схематическое представление кусочно-линейного
приближения
3. Установить резистор R на генераторе, выполненном в лабораторном стенде «Цифровой генератор прямоугольных импульсов», в положение 1. Измерить частоту на выходах 1, 2, 4, 8 генератора (выводы 5Б, 6Б, 7Б, 8Б), данные занести в табл. 7.2. Зарисовать эпюры этих сигналов с экрана осциллографа. Далее измерить частоту на выходах 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 (выводы 3А, 4А, 5А, 6А, 7А, 8А), занести данные в табл. 7.2 и зарисовать эпюры сигналов с экрана осциллографа.
4. Выполнить действия, описанные в п. 3, для всех положений резистора R генератора.
7.2. Значение частоты на выходах генератора
|
R | D1 | D2 | D3 | D4 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 |
| F, Гц | ||||||||||||
| R1 | ||||||||||||
| R2 | ||||||||||||
| R3 | ||||||||||||
| R4 | ||||||||||||
| R5 | ||||||||||||
| R6 | ||||||||||||
| R7 | ||||||||||||
| R8 | ||||||||||||
Вых
Пример выполнения лабораторной работы
1. Подключить питание к выводам 1А и 2А (2А – +5 В, 1А – корпус).
2. Подключить выходы 1, 2, 4, 8 генератора, выполненного в лабораторном стенде «Цифровой генератор прямоугольных импульсов» к выводам 5Б, 6Б, 7Б и 8Б соответственно.
3. Установить резистор R на генераторе, выполненном на лабораторном стенде «Цифровой генератор прямоугольных импульсов», в положение 1. Измерить частоту на выходах 1, 2, 4, 8 генератора (выводы 5Б, 6Б, 7Б, 8Б), данные заносим в табл. 7.2. Зарисовывать эпюры этих сигналов с экрана осциллографа. Далее измерить частоту на выходах 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 (выводы 3А, 4А, 5А, 6А, 7А, 8А), занести данные в табл. 7.2 и зарисовать эпюры сигналов с экрана осциллографа.
Снять экспериментальные данные и занести в табл. 7.2, пример заполнения которой показан в табл. 7.3.
7.3. Пример заполнения экспериментальных данных
| Вых R | D1 | D2 | D3 | D4 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 |
| F, Гц | ||||||||||||
| R1 | 3124 | 1552 | 778 | 389 | 3124 | 0 | 1173 | 768 | 1567 | 587 | 1337 | 392 |
| R2 | 893 | 452 | 204 | 114 | 893 | 0 | 397 | 380 | 509 | 170 | 397 | 113 |
| R3 | 489 | 246 | 123 | 72 | 489 | 0 | 257 | 311 | 247 | 93 | 216 | 62 |
| R4 | 350 | 175 | 88 | 45 | 350 | 0 | 263 | 309 | 220 | 79 | 138 | 45 |
| R5 | 252 | 126 | 82 | 40 | 252 | 0 | 157 | 191 | 157 | 72 | 134 | 64 |
| R6 | 206 | 103 | 67 | 35 | 206 | 0 | 104 | 122 | 117 | 66 | 154 | 53 |
| R7 | 182 | 92 | 51 | 28 | 182 | 0 | 94 | 125 | 115 | 52 | 150 | 85 |
| R8 | 184 | 91 | 46 | 20 | 184 | 0 | 113 | 130 | 103 | 49 | 118 | 69 |
На экране осциллографа показаны эпюры сигналов, которые подаются на функциональный преобразователь с выходов лабораторного стенда «Цифовой генератор прямоугольных импульсов» и сигналов на выходах функционального преобразователя, которые зарисовываем для отчета
(рис. 7.4) [5].
Содержание отчета
1. Название и цель лабораторной работы.
2. Таблица экспериментальных данных.
3. Эпюры сигналов, которые подаются на функциональный преобразователь с выходов лабораторного стенда «Цифровой генератор прямоугольных импульсов» и сигналов на выходах функционального преобразователя.
4. Выводы по результатам лабораторной работы.
Рис. 7.4. Эпюры сигналов, которые подаются на функциональный
по лабораторной работе
тема работы: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
номер лабораторного стенда (или вариант задания)_________________
использованная учебно-методическая литература:
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Выполнил
/ / группа ___________
подпись дата инициалы, фамилия
Проверил
/ / /
подпись дата инициалы, фамилия
Тамбов 2018 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Лабораторная работа 1
ИЗУЧЕНИЕ ХАрактеристик усилителя мощности НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
Лабораторная работа 2
ИЗУЧЕНИЕ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА базе ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ
Лабораторная работа 3
Исследование ИМПУЛЬСНЫХ СХЕМ на ОСНОВЕ операционного усилителя
Лабораторная работа 4
АКТИВНЫЙ RC-ФИЛЬТР НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ
Лабораторная работа 5
ИЗУЧЕНИЕ логических ЦИФРОВЫХ устройств
Лабораторная работа 6
цифровой генератор периодического сигнала
Лабораторная работа 7
функциональнЫЙ преобразователь на ОСНОВЕ дешифраторА
Лабораторная работа 8
аналого-цифровОЙ преобразователЬ
Лабораторная работа 9
цифроаналоговЫЙ преобразователЬ
Заключение
Список литературы
Приложение
Учебное электронное мультимедийное издание
Селиванова Зоя Михайловна
СХЕМОТЕХНИКА
ЭЛЕКТРОННЫХ
СРЕДСТВ
Учебное пособие
Редактор Л. В. Комбарова
Дизайн, структура, навигация
Обложка, упаковка, тиражирование И. В. Евсеевой
ISBN 978-5-8265-1899-1
| Подписано к использованию 11.05.2018. Тираж 50 шт. Заказ № 140 Издательско-полиграфический центр ФГБОУ ВО «ТГТУ» 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14 Телефон (4752) 63-81-08 E-mail: izdatelstvo@admin.tstu.ru |
переменного тока входного сигнала
Для того чтобы рассчитать амплитуды пяти основных гармоник постоянного тока 
, необходимо в выражение (1.1) подставить пять условий, заключающихся в том, чтобы при 
= 0, и 
, значения величин тока, рассчитанные в соответствии с выражением (1.1), совпадали бы с действительными величинами тока i.
В результате расчетов получаем следующую систему уравнений:
;
;
; (1.2)
;
при выполнении заданных условий:
;
;
;
;
.
Результатом решения системы уравнений (1.2) значения амплитуд первых четырех гармоник переменного тока:
;
;
;
;
.
Описание лабораторного стенда и методические указания
На рисунке 1.3 представлена принципиальная электрическая схема усилителя мощности, которая реализована в лабораторном стенде. Предварительный усилительный каскад на транзисторе VT1 включен по схеме с общим эмиттером и работает в классе усиления А. Резисторы R2 и R3 служат для задания напряжения смещения, которое определяет положение рабочей точки на нагрузочной прямой выходных вольтамперных характеристик биполярного транзистора и, следовательно, режим работы А усилительного каскада. В классе А транзистор работает на линейном участке выходной характеристики, что позволяет обеспечить передачу входного сигнала с минимальными искажениями. Предварительный усилительный каскад формирует амплитуду входного сигнала для последующего усиления в усилителе мощности. Через резистор R7 реализуется последовательная отрицательная связь по току, которая предназначена для стабилизации рабочей точки.
На транзисторах VT2 (п-р-п) и VT3 (р-п-р) по последовательной двухтактной схеме выполнен предоконечный фазоинверсный каскад по последовательной двухтактной схеме [1].
На последовательно соединенных транзисторах VT4 и VT5 по двухтактной бестрансформаторной схеме реализован выходной усилитель мощности, работающий в классе усиления АВ.
В результате воздействия сформированной глубокой частотно-независимой отрицательной обратной связи в усилителе мощности обеспечивается равномерность амплитудно-частотной характеристики.
Через резистор R2 и цепочку СЗ, R4 формируется параллельная отрицательная обратная связь по напряжению, которая увеличивает входное сопротивление усилительного каскада и уменьшает выходное сопротивление. Сигнал обратной связи поступает в цепь базы предварительного усилительного каскада. С нагрузки выходного каскада усилителя мощности формируется напряжение обратной связи.
С диодов VD1 и VD2 снимается напряжение смещения, которое подается на базы транзисторов VT2 и VT3, для того, чтобы устранить искажения сигнала вида «Ступенька».
Диоды VD1 и VD2 являются термочувствительными элементами, поэтому применяются в схеме при изменении температуры окружающей среды для установления тока покоя выходных транзисторов VT4 и VT5 в заданных пределах.
Технические характеристики исследуемого усилителя мощности. Усилитель мощности имеет входное сопротивление, равное 3,6 кОм.
В нагрузке, равной 5 Ом, формируется мощность в 5 Вт. Максимальная мощность нагрузки – 0,6 Вт. Уровень входного сигнала максимальный – не более 1,3 В.
Порядок выполнения работы
1. На лабораторном стенде сформировать схему измерений в соответствии с рис. 1.3, к соответствующим клеммам подключить источник питания, генератор, цифровой вольтметр и осциллограф.
Рис. 1.3. Принципиальная схема усилителя мощности
На рисунке 1.3 введены следующие обозначения коммутационных компонентов (клемм): 1А, 2А, 3А, 4А – обозначение коммутирующих клемм на стенде:
1А – общая шина (земля, корпус);
2А – клемма для подключения на вход схемы усилителя мощности генератора;
3А – клемма для подачи напряжения питания исследуемому усилителю мощности от источника питания;
4А – клемма для подсоединения цифрового вольтметра или осциллографа на выход схемы усилителя мощности.
2. На рисунке 1.4 представлена структурная схема подключения измерительной аппаратуры к лабораторному стенду для измерения параметров и характеристик усилителя мощности.
Рис. 1.4. Структурная схема измерений параметров уси лителя мощности:
ГГС – генератор гармонического сигнала; ОС – осциллограф;
ЦЭВ – цифровой электронный вольтметр
3. Экспериментальным путем установить максимальный искажающий сигнал и чувствительность схемы усилителя мощности. Чувствительность усилителя – это подаваемое на вход усилителя напряжение в микровольтах или милливольтах низкочастотного сигнала, позволяющее получить в нагрузке усилителя номинальную мощность.
4. Снять экспериментальную проходную характеристику усилителя мощности в виде зависимости Uвых = f (Uвх ).
5. По экспериментальной проходной характеристике для усилителя мощности определить коэффициент усиления по формуле
5. Оценить нелинейность проходной характеристики.
Нелинейность усилителя мощности оценивается в результате определения коэффициентов усиления по напряжению в начале и конце проходной характеристики, соответственно, для минимального и максимального входных сигналов: Ku max и Ku min.
Коэффициент нелинейности проходной характеристики определяется по зависимости
.
6. На вход усилителя мощности подключить генератор переменного сигнала и задать среднюю амплитуду подаваемого сигнала. На выход усилителя мощности подсоединить осциллограф. На экране осциллографа получить четкое изображение выходного сигнала и затем зарисовать осциллограмму выходного сигнала. Выполнить анализ экспериментально полученной осциллограммы для оценки наличия в выходном спектре сигнала 2-й и 3-й гармоник. С этой целью на осциллограмме, используя калибратор осциллографа, определить время τ1 и τ2 достижения заданного уровня А0 двумя полупериодами по осциллограмме (рис. 1.4), кроме того, необходимо измерить амплитуды полупериодов А1 и А2.
 |
Рис. 1.4. Осциллограмма выходного сигнала
Из теории по оценке искажений выходных сигналов усилителей мощности следует, что для симметричной двухтактной схемы усилителя в нагрузке формируется только первая гармоника, другие гармоники не выделяются. На практике данная ситуация реализуется, когда τ1 ≠ τ2. В этом случае наблюдается 2-я гармоника. Другие гармоники регистрируются в выходном сигнале при равенстве амплитуд положительной и отрицательной амплитуд рассматриваемых гармоник сигнала А1 ≠ А2.
Анализ и оценку значений амплитуд исследуемых гармоник можно выполнить приведенным в данном учебном пособии методом пяти ординат.
Содержание отчета
1. Титульный лист к лабораторной работе (прил. А).
2. Название и цель выполнения лабораторной работы.
3. Рисунок лабораторного стенда.
4. Экспериментальные данные, полученные при снятии проходной характеристики усилителя мощности, в виде таблицы.
5. График, построенный по результатам экспериментальных данных проходной характеристики.
6. Осциллограмма выходного сигнала усилителя мощности.
7. Выводы по результатам лабораторной работы.
Контрольные вопросы
1. В чем особенность работы усилителя мощности?
2. Назовите отличительные признаки усилителя напряжения и усилителя мощности.
3. Какие особенности режима работы усилителя в классах усиления А и АВ?
4. В чем преимущество класса усиления А перед классом В?
5. Какие характеристики имеет двухтактный усилитель мощности?
6. Назовите преимущественный режим работы однотактного усилителя мощности.
7. Какими параметрами характеризуется усилитель мощности на биполярных транзисторах?
8. Как определить коэффициент полезного действия усилителя мощности?
9. Какими характеристиками оценивается усилитель мощности?
10. Какие виды искажений известны в усилителях мощности на биполярных транзисторах?
11. Каким методом выполняется оценка искажений работы усилителя мощности?
12. Режим работы усилителя мощности зависит ли от нелинейных искажений?
Лабораторная работа 2
ИЗУЧЕНИЕ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ
ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ
Цель работы: изучить принцип действия операционного усилителя и усилительных устройств на его основе: инвертирующего усилителя, неинвертирующего, повторителя напряжения и дифференциального усилителя.
Краткие теоретические сведения
Назначение операционного усилителя. Операционным усилителем называют усилитель постоянного тока, который характеризуется коэффициентом усиления входного сигнала по напряжению 103…106. Усилитель называется операционным, поскольку используется в вычислительной технике для выполнения различных математических операций: интегрирования, дифференцирования, суммирования и др.
Операционный усилитель обозначается на электрических принципиальных схемах, как показано на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Обозначение операционного усилителя
Дата: 2019-07-30, просмотров: 1807.
