Руководство к организации самостоятельной работы 2016 содержание рис. 2 23
 Скачать 1.58 Mb.
|
Рис. 2 3. Собрать схему интегратора на идеальном ОУ (рис. 3). Проанализировать осциллограмму Uвых при подаче на вход симметричных разнополярных прямоугольных импульсов с амплитудой 1 В и частотой 500 Гц. Проанализировать переходный процесс изменения выходного напряжения при относительной длительности импульсов 40%. 4  . Проанализировать диаграммы выходных напряжений при подаче синусоидальных сигналов амплитудой 5В на входы каскадов, изображенных на рис. 4. Повторить эксперимент, изменив полярность включения диода. 5. Собрать и испытать генератор напряжений треугольной и прямоугольной формы (рис. 5). Напряжение смещения установить равным Uсм=1 мВ. Оценить частоту и амплитуду генерируемых колебаний. Сравнить с расчетными значениями. Привести в отчете совмещенные временные диаграммы Uвых1 и Uвых2. Какие устройства собраны на левом и правом операционном усилителе? Почему схема не возбуждается на идеальных операционных усилителях при Uсм=0? (10+N) к 1 мкФ 5 к 10 к  Рис. 5 Контрольные вопросы 1. Каким путем можно уменьшить ошибку сдвига и дрейфа нулевого уровня УПТ за счет влияния входных токов реального ОУ? 2. Как оценить верхнюю рабочую частоту на уровне Мв=3 дБ усилителя постоянного тока, собранного по схеме рис. 1 на реальном ОУ? 3. Назовите достоинства и недостатки неинвертирующего УПТ по сравнению с инвертирующим. 4. Какие требования предъявляются к резисторам измерительных усилителей, выполненных на ОУ? 5. Каким путем устраняется ошибка сдвига напряжения на выходе ОУ? Содержание отчета Отчет должен содержать схемы исследуемых усилительных каскадов, основные экспериментальные данные и их сравнение с расчетными величинами, выводы по пунктам программы работы, а также ответы на контрольные вопросы. Результаты моделирования в виде экспериментальных схем и осциллограмм вставляются в текст отчета, который оформляется как документ формата Word. Лабораторная работа №5 ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ Цель работы. Целью лабораторной работы является экспериментальное исследование характеристик избирательного усилителя с параллельным и последовательным колебательным контуром и построение LC- и RC-генераторов гармонических колебаний. Программа работы 1. Собрать избирательный усилитель с параллельным колебательным контуром (рис. 1, где N - номер варианта от 0 до 9). Снять ЛАЧХ и ЛФЧХ. Оценить резонансную частоту, коэффициент усиления на частоте резонанса и добротность каскада. Добротность определяется отношением резонансной частоты к полосе пропускания на уровне 3 дБ.  2. Исследовать частотную характеристику избирательного усилителя с последовательным колебательным контуром (рис. 2). C=1+N нФ, L=200 мкГн, R1=10 Ом, R2=10 кОм. Оценить избирательность усилителя по отношению ко второй гармонике резонансной частоты.  3. Собрать трехточечный LC-генератор по схеме Колпитца (рис. 3). С1=С2=100 пФ, R1=R2=5 кОм, L=1+N мГн, Е=E1=10 В. Пронаблюдать работу схемы. Оценить амплитуду и частоту генерируемых колебаний. Объяснить явления, которые происходят при замене резистора R1 номиналом 5 кОм на резисторы номиналом 4 кОм и 6 кОм?  4. Собрать пассивную цепь (рис. 4) и снять ее ЛАЧХ и ЛФЧХ (логарифмические амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики). Принять R=20+N кОм, С=1000 пФ. Зафиксировать частоту квазирезонанса и сравнить ее с расчетным значением (ωo=1/RC). Оценить коэффициент передачи на этой частоте.  5. Собрать и испытать генератор гармонических колебаний с мостом Вина (рис. 5). Принять R=20+N кОм, С=1000 пФ. Источник Е напряжением 5 В используется совместно с диодом для ограничения амплитуды колебаний. Оценить частоту и амплитуду генерируемых колебаний. Во сколько раз амплитуда колебаний на неинвертирующем входе ОУ меньше, чем на выходе?  Контрольные вопросы Назовите известные вам области применения избирательных усилителей. Поясните различие между фильтрами верхних и нижних частот. Нарисуйте зависимость от частоты модуля комплексного сопро-тивления последовательного и параллельного колебательных контуров. Сформулируйте условия баланса фаз и амплитуд, необходимые для возникновения колебаний в автогенераторах. Какие средства используются для получения хорошей формы синусоидальных колебаний в генераторах с мостом Вина? Содержание отчета Отчет должен содержать схемы исследуемых устройств, основные экспериментальные данные и их сравнение с расчетными величинами, выводы по пунктам программы работы, а также ответы на контрольные вопросы. Результаты моделирования в виде экспериментальных схем и осциллограмм вставляются в текст отчета, который оформляется как документ формата Word. Лабораторная работа №6 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ Цель работы. Целью лабораторной работы является экспериментальное исследование стабилизатора тока, пикового детектора, прецизионного выпрямителя среднего значения, построенных с использованием операционных усилителей. Производится сравнение экспериментальных данных с основными параметрами устройств, рассчитанных теоретически. Программа работы 1. Собрать устройство, показанное на рис. 1, полагая U2=(5+N) В, U1=(U2-3) В,R=10 кОм, Rн=1 кОм. Вариант задания N=0-9 задает преподаватель. Убедиться, что ток в нагрузке равен  . ИзменяяRн в диапазоне до 5 кОм, убедиться, что ток  не зависит от сопротивления нагрузки. При какой величине Rн напряжение на выходе ОУ достигает уровня положительного ограничения? Назвать типы обратных связей, используемых в устройстве. 2. Собрать пиковый детектор, показанный на рис. 2. Подав на вход синусоидальный сигнал амплитудой (1+N) В и частотой 100(1+N) Гц зафиксировать осциллограммы входного и выходного напряжений. Увеличить скачком амплитуду Uвх на 1 В и проследить за изменением Uвых . Уменьшить скачком амплитуду Uвх на 1 В и проследить за изменением Uвых . Что происходит при нажатии кнопки S1? Пояснить назначение транзистора VТ1.  3. Собрать устройство, показанное на рис. 3 при R1=R2=R3=10 кОм. Подать на вход синусоидальный сигнал амплитудой (1+N) В и частотой 1 кГц. Снять и объяснить осциллограммы напряжений Uвх , Uвых и сигнала на выходе операционного усилителя DA1. Что произойдет при увеличении сопротивления резистора R3 в два раза? Посмотреть осциллограммы сигналов при треугольной форме входного напряжения.  Контрольные вопросы 1. Что дает применение операционных усилителей в измерительных устройствах? 2. Привести пример устройства для измерения постоянного напряжения с помощью стрелочного прибора. 3. Привести пример устройства для измерения сопротивления резисторов с помощью стрелочного прибора. Содержание отчета Отчет должен содержать схемы исследуемых устройств, основные экспериментальные данные и их сравнение с расчетными величинами, выводы по пунктам программы работы, а также ответы на контрольные вопросы. Результаты моделирования в виде экспериментальных схем и осциллограмм вставляются в текст отчета, который оформляется как документ формата Word. Лабораторная работа №7 СТАБИЛИЗАТОРЫ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Цель работы. Целью лабораторной работы является экспериментальное исследование параметрического стабилизатора постоянного напряжения, выполненного на кремниевом стабилитроне, и компенсационных стабилизаторов последовательного типа. Производится оценка основных параметров стабилизаторов – коэффициента стабилизации напряжения и выходного сопротивления. Программа работы 1. Собрать экспериментальную установку (рис. 1) для исследования параметрического стабилизатора напряжения на кремниевом стабилитроне.  Рис. 1 – Параметрический стабилизатор напряжения Генератор имитирует пульсации входного напряжения (частота 100 Гц, амплитуда 1 В), которые обычно остаются на выходе сетевого выпрямителя с фильтром. Стабилизатор является электронным сглаживающим фильтром, эффективно подавляющим эти пульсации. Оценить коэффициент стабилизации напряжения. На сколько изменяется величина выходного напряжения при изменении входного на 1 В? Оценить величину выходного сопротивления стабилизатора (изменение выходного тока обеспечить увеличением сопротивления нагрузки до 2 кОм). Что происходит при уменьшении сопротивления нагрузки до 500 Ом? Что необходимо сделать, чтобы обеспечить качественную работу стабилизатора при таком сопротивлении нагрузки?  2. Оценить основные параметры компенсационного стабилизатора напряжения, выполненного по простейшей схеме (рис.2).Рис. 2 – Компенсационный стабилизатор напряжения Изменить параметры схемы так, чтобы обеспечить стабилизацию выходного напряжения Uвых=(11+N) В при токе в нагрузке 100 мА.  Заменить резистор в цепи базы регулирующего транзистора стабилизатором тока (рис. 3), выполненным на полевом транзисторе. Величину стабилизируемого тока подбором сопротивления резистора R установить равной 5 мА. Оценить коэффициент стабилизации и выходное сопротивление стабилизатора и сравнить их с параметрами схемы простейшего компенсационного стабилизатора. 3. Собрать экспериментальную схему для исследования компенсационного стабилизатора постоянного напряжения на операционном усилителе (рис. 4) при L=200 мГн, С=100 мкФ, R1=2 кОм, R2=15 кОм, R3=10 кОм, Rн=100 Ом. Напряжение стабилизации опорного источника выбрать равным 5 В. Параметры генератора синусоидального напряжения настроить на 20 В, 60 Гц. Зафиксировать осциллограммы напряжений Uвх и Uвых. Оценить коэффициент сглаживания пульсаций LС-фильтра и электронного фильтра, роль которого выполняет стабилизатор напряжения. Рассчитать коэффициент стабилизации напряжения, измерив уровень пульсаций и величины Uвх и Uвых. Экспериментально оценить величину выходного сопротивления стабилизатора, уменьшив сопротивление нагрузки до 50 Ом.  Контрольные вопросы 1. Дайте классификацию стабилизаторов постоянного напряжения. 2. Каким путем организуется защита компенсационного стабилизатора последовательного типа от коротких замыканий в нагрузке? 3. Приведите пример построения схемы прецизионного источника опорного напряжения величиной 10,24 В. 4. Какие параметры схем определяют температурную нестабильность выходного напряжения стабилизаторов? Содержание отчета Отчет должен содержать схемы исследуемых устройств, основные экспериментальные данные и их сравнение с расчетными величинами, выводы по пунктам программы работы, а также ответы на контрольные вопросы. Результаты моделирования в виде экспериментальных схем и осциллограмм вставляются в текст отчета, который оформляется как документ формата Word. 4. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ Задача 1. Фазовый сдвиг сигнала частотой 100 кГц на выходе УПТ, передаточная функция которого описывается соотношением  ,составил минус 60 эл. град. Оценить коэффициент частотных искажений УПТ на этой частоте и время установления фронта выходного сигнала, если на вход УПТ подать прямоугольный импульс. Решение. Из выражения для фазовой характеристики  определяем  и  мкс.Рассчитаем коэффициент частотных искажений  .Определим время установления фронта импульса  мкс.Задача 2. На частоте f= 10 Гц амплитуда синусоидального сигнала при прохождении разделительной цепи падает на 3 дБ. Оценить относительный спад вершины прямоугольного импульса длительностью tи = 1 мс при прохождении этой цепи. Решение. Передаточная функция разделительной цепи определяется выражением  . Трем децибелам соответствует коэффициент частотных искажений  , откуда следует, что постоянная времени цепи  мс. Относительный спад вершины импульса  или примерно 6 %.Задача 3. При подаче входного синусоидального напряжения амплитуды первых четырех гармоник сигнала на выходе двухтактного выходного каскада, работающего в режиме класса В, при выходной мощности 10 Вт составили соответственно 10 В, 2 В, 3 В и 1 В. Оценить коэффициент нелинейных искажений усилителя. Решение. Коэффициент гармоник можно определить по формуле:  или 37,4 %.Задача 4. Оценить коэффициент полезного действия выходного каскада, если амплитуды напряжения и тока синусоидального сигнала в нагрузке равны 10 В и 1 А, а среднее значение тока в цепи источника питания напряжением Е=15 В составило 0,7 А. Решение. КПД определяется отношением полезной мощности, отдаваемой в нагрузку, к полной мощности, потребляемой от источника питания:  или 47,6 %.Задача 5. Оценить коэффициент усиления каскада в рабочем диапазоне частот, если = 50, Ri = 20 кОм, R2 = Rн = 5 кОм.   Задача 6. Рассчитать координаты рабочей точки транзистора в схеме усилительного каскада, если = 100, RК = 2 кОм, RБ = 500 кОм, UЭБ = 0,7 В.  Решение. Рабочую точку транзистора определяют значения коллекторного тока I0=IК и напряжения U0=UКЭ. Их связывает следующая система уравнений:  ; ; .Отсюда определяем  Задача 7. Определить координаты рабочей точки транзистора в схеме усилителя, если =100, R1=2R2=10 кОм, Е=15 В, RЭ=RК=5 кОм, UЭБ=0,7 В.  Координаты рабочей точки транзистора:  |