Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут комп’ютерної техніки, автоматики та метрології
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра електронні обчислювальні машини
Інформація про роботу
Рік:
2003
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Комп’ютерна електроніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Національний університет “Львівська політехніка”
Інститут комп’ютерної техніки, автоматики та метрології
Кафедра “Електронні обчислювальні машини”
Методичні вказівки до лабораторних робіт з курсу “Комп’ютерна електроніка”
Львів – 2003
Методичні вказівки до лабораторних робіт складені у відповідності до освітньо-професійної програми Галузевого стандарту вищої освіти напряму 0915 “Комп’ютерна інженерія”.
Методичні вказівки до лабораторних робіт з “Комп’ютерної електроніки” складені доцентом Лавровим Геннадієм Миколайовичем та старшим викладачем Паньківим Русланом Степановичем.
___ травня 2003 року __________________
Методичні вказівки до лабораторних робіт обговорені та схвалені на засіданні кафедри електронних обчислювальних машин.
Протокол №__ від “___” _______ 2003 р.
Завідувач кафедри електронних
обчислювальних машин ___________________ проф., д.т.н. Мельник А.О.
Методичні вказівки до лабораторних робіт обговорені та схвалені на засіданні методичної комісії базового напряму 0915 “Комп’ютерна інженерія”.
Протокол №__ від ___ червня 2003 р.
Лабораторна робота №1 Дослідження схем випростовування
Живлення електронної апаратури від електромережі змінного струму є найбільш економічним, зручним і надійним. Для цього змінний струм перетворюють у пульсуючий, тобто в струм постійного напрямку, що періодично змінюється по величині. Потім пульсації зменшують до допустимої величини. Процес перетворення змінного струму в пульсуючий називається випростовуванням, а процес зменшення пульсацій називається згладжуванням. Відповідний пристрій називається випростовувачем, до складу якого входять власне випростовувач та згладжуючий фільтр. Основним елементом випростовувачів є напівпровідниковий діод — пристрій з двома виводами, що містить один електронно-дирочний перехід. Напруга до діода може прикладатися в прямому або в зворотньому напрямку. Опір діода для прямого напрямку струму в сотні-тисячі разів менший, ніж в зворотньому. Найбільше застосування отримали германієві та кремнієві діоди, використовуються також діоди, що виконані на основі арсеніда галія.
Основною характеристикою напівпровідникового діода є вольтамперна характеристика. Для порівняння на рис. 1 приведені типові вольтамперні характеристики германієвого та кремнієвого випростовуючих діодів. Кремнієві діоди мають в багато разів менші зворотні струми, ніж германієві. Допустима зворотня напруга кремнієвих діодів сягає 1000 ... 1500 В, а у германієвих діодів лежить в межах 100 ... 400 В. Внаслідок того, що у германієвих діодах можна отримати опір в прямому напрямку в 1,5 ... 2 рази менший, ніж у кремнієвих, то пряме падіння напруги у германієвих діодах також менше, ніж у кремнієвих. Відповідно, на германієвих діодах розсіюється в стільки ж разів менша потужність і їх вигідніше використовувати у випростовуючих пристроях низької напруги.
Рис. 1. Порівняльні типові вольтамперні характеристики германієвого (1) та кремнієвого (2) діодів.
Найпростіший випростовувач та часові діаграми його функціонування показані на рис. 2. Як видно, падіння напруги UВИХ на резисторів навантаження RH присутнє тільки половину періоду вхідної напруги UВХ , тобто від джерела напруги живлення струм споживаєтья тільки половину періоду. Через це така схема дістала назву однопівперіодної схеми випростовування.
Рис. 2. Однопівперіодний діодний випростовувач.
На рис. 3 на виході однопівперіодного випростовувача включений згладжуючий фільтр, тут же зображені відповідні часові діаграми вхідної UВХ та вихідної UВИХ напруг. В якості згладжуючого фільтра використовуються конденсатори, а також Г-подібні чи П-подібні RC- або LC-фільтри (фільтри низьких частот).
Рис. 3. Однопівперіодний діодний випростовувач із згладжуючим фільтром.
Основні характеристики фільтра — коефіцієнт фільтрації КФ та коефіцієнт згладжування пульсацій КЗП . Разом із зменшенням пульсацій вихідної напруги фільтр зменшує постійну складову напруги на виході. Коефіцієнт фільтрації КФ рівний
, (1)
де UВХ.З - змінна складова напруги на вході фільтра.
UВИХ.З - змінна складова напруги на виході фільтра;
Коефіцієнт згладжування пульсацій КЗП можна визначити з співвідношення:
, (2)
де UВХ.П - постійна складова напруги на вході фільтра;
UВИХ.П - постійна складова напруги на виході фільтра.
Чим ближче до 1 відношення постійних складових на вході і виході, тим більш якісний фільтр. А також, фільтр вважаємо тим кращим, чим більші коефіцієнти КФ і К3П.
Коефіцієнт фільтрації можна розрахувати через параметри схеми фільтра
, (3)
де ( — кругова частота напруги;
m — кількість півперіодів вхідної напруги за один період.
Резистор фільтра RФ використовується для обмеження струму заряда фільтруючого конденсатора СФ, який протікає через випростовуючий діод. Його опір невисокий і приблизно становить 20 ... 100 Ом. В багатьох випадках випростовувачі напруги змінного струму використовуються сумісно з понижуючими силовими трансформаторами. При цьому, струм заряда фільтруючого конденсатора обмежується індуктивним опором вторинної обмотки трансформатора і використання додаткового резистора у фільтрі непотрібне.
При використанні однопівперіодного випростовувача від джерела живлення струм споживається тільки півперіода коливань вхідної напруги. Інші півперіода діод знаходиться під зворотньою напругою і струм через нього практично не протікає. При використанні фільтруючих конденсаторів та значному струмі споживання, максимальне значення зворотньої напруги може сягати величини подвійної амплітуди вхідної напруги. Випростовувачі без згладжуючого конденсатора використовуються досить рідко, у випадку, якщо величина пульсацій напруги не має істотного значення, наприклад, для живлення електромагнітних реле.
Однопівперіодну схему випростовування використовують при потужностях в навантаженні до 10 Вт. Її переваги — мінімальна кількість елементів, низька собівартість, можливість використання без трансформатора. Недоліки однопівперіодного випростувача — низька частота пульсацій (рівна частоті вхідної напруги), малий час заряда фільтруючого конденсатора (рівний інтервалу, коли вхідна напруга перевищує напругу на конденсаторі), підвищена зворотня напруга, при використанні трансформатора — підмагнічування його магнітопровода постійним струмом.
Порядок виконання роботи № 1
Реалізувати згідно рис. 2 та дослідити в симуляторі аналогових та цифрових елементів Electronics WorkBench 5.12 однопівперіодну діодну схему випростовування. Параметри компонентів вибрати з табл. 1 згідно варіанта. Варіант — номер прізвища у списку підгрупи у керівника лабораторних занять.
За допомогою віртуальних мультиметра та осцилографа визначити величини постіної і змінної складової вихідної напруги, а також перемалювати часову діаграму вхідної та вихідної напруги.
Згідно рис. 3 реалізувати однопівперіодний діодний випростовувач із фільтром низьких частот. Опір резистора фільтра RФ вибрати рівним 50 Ом. Величину ємності конденсатора фільтра СФ підібрати такою, щоб у вихідній напрузі постійна складова була б в 10 разів більна, ніж змінна складова напруги.
Визначити величини постіної і змінної складової вихідної напруги, а також перемалювати часову діаграму вхідної та вихідної напруги. Обчислити коефіцієнт фільтрації КФ і коефіцієнт згладжування пульсацій КЗП .
Оформити та захистити звіт з лабораторниї роботи № 1.
Таблиця 1
Варіант
Амплітуда вхідної напруги, В
Опір резистора навантаження, кОм
1
100
1
2
100
2
3
100
3
4
100
4
5
200
5
6
200
6
7
200
7
8
200
8
9
300
9
10
300
10
11
300
11
12
300
12
13
400
13
14
400
14
15
400
15
16
400
16
Лабораторна робота №2 Двопівперіодні діодні випростовувачі
Для забезпечення постійного споживання струму від джерела живлення використовують двопівперіодні схеми випростовування. Нижче приведений двопівперіодний випростовувач змінного струму без фільтра (рис. 4) та із згладжуючим фільтром (рис. 5), який потребує використання спеціального трансформатора із середньою точкою, та часові діаграми його функціонування. На схемі вторинні обмотки трансформатора замінені еквівалентними джерелами напруги UВХ1 та UВХ2 .
Рис. 4. Двопівперіодний діодний випростовувач.
Рис. 5. Двопівперіодний діодний випростовувач із згладжуючим фільтром.
Двохпівперіодну схему випростовування з середньою точкою найчастіше використовують при потужностях до 100 Вт та випростуваної напруги до 400 ... 500 В. Випростовувачі, що виконані по даній схемі, характеризуються підвищеною частотою пульсацій (рівна подвійній частоті вхідної напруги), можливістю використання випростувальних діодів із спільними катодами (анодами), що спрощує їх встановлення на одному радіаторі. Недоліками випростувачів із середньою точкою є підвищена зворотня напруга на діодах (рівна напрузі, що падає на навантаженні) та ускладнена конструкція трансформатора, використання якого обов’язкове.
На наступних рис. 6 та рис. 7 зображений однофазний двопівперіодний мостовий випростовувач змінного струму без та з фільтром низьких частот, відповідно, і часові діаграми його функціонування.
Рис. 6. Двопівперіодний мостовий випростовувач.
Рис. 7. Двопівперіодний мостовий випростовувач із згладжуючим фільтром.
Однофазна мостова схема випростовування характеризується добрим використання потужності трансформатора і може застосовуватись при потужності в навантаженні до 1000 Вт та більше. Переваги мостових випростовувачів — підвищена частота пульсацій, низька зворотня напруга на діодах, можливість роботи без силового трансформатора. Недоліки — підвищене падіння напруги на двох послідовно включених діодах, необхідність використання ізоляційних прокладок при встановленні діодів на одному радіаторі.
Порядок виконання роботи № 2
Реалізувати згідно рис. 4 та 5 дослідити в симуляторі аналогових та цифрових елементів Electronics WorkBench 5.12 двопівперіодну діодну схему випростовування із середньою точкою. Параметри компонентів вибрати з табл. 1 згідно варіанта. Опір резистора фільтра RФ вибрати рівним 50 Ом. Величину ємності конденсатора фільтра СФ підібрати такою, щоб у вихідній напрузі постійна складова була б в 10 разів більна, ніж змінна складова напруги.
За допомогою віртуальних мультиметра та осцилографа визначити величини постіної і змінної складової вихідної напруги, а також перемалювати часові діаграми вхідних та вихідних напруг.
Обчислити значення коефіцієнта фільтрації КФ та коефіцієнта згладжування пульсацій КЗП .
Згідно рис. 6 та 7 реалізувати однофазний мостовий діодний випростовувач. Параметри компонентів вибрати з табл. 1 згідно варіанта. Опір резистора фільтра RФ вибрати рівним 50 Ом. Величину ємності конденсатора фільтра СФ підібрати такою, щоб у вихідній напрузі постійна складова була б в 10 разів більна, ніж змінна складова напруги.
Визначити величини постіної і змінної складової вихідної напруги, а також перемалювати часову діаграму вхідної та вихідної напруги.
Обчислити значення коефіцієнта фільтрації КФ та коефіцієнта згладжування пульсацій КЗП .
Порівняти отримані дані з аналогічними результатами з лабораторної роботи № 1.
Оформити та захистити звіт з лабораторниї роботи № 2.
Лабораторна робота №3 Дослідження включенння біполярного транзистора по схемі із спільним емітером
Біполярним транзистором (напівпровідниковим тріодом) називається електроперетворювальний напівпровідниковий пристрій, який має два електронно–дирочних переходи (p-n переходи) і три виводи та призначений для підсилення потужності. При функціонуванні напівпровідникових тріодів використовуються носії обох полярностей (електрони і дирки), тому він називається біполярним.
Біполярний напівпровідниковий транзистор являє собою систему n-p-n або p-n-p типу, яка зформована на одному монокристалі напівпровідника. Внутрішня частина монокристала транзистора, що розділяє p-n переходи, називається базою. Зовнішній шар монокристала, який призначений для інжектування (введення) носіїв в базу, називається емітером, а відповідний прилеглий p-n перехід — емітерним. Інший зовнішній шар, що екстрагує (витягує) носії з бази, називається колектором, а відповідний прилеглий p-n перехід — колекторним.
В залежності від електрода транзистра (база – Б, емітер – Е або колектор – К), який вибраний спільним для вхідного та вихідного сигналів, використовуються три схеми включення транзистора в підсилювальному каскаді:
із спільним емітером (режим СЕ) — підсилює струм, напругу і потужність;
із спільною базою (режим СБ) — підсилює напругу і потужність;
із спільним колектором (режим СК) — підсилює струм і потужність.
Приблизні показники схем включення транзисторів приведені нижче в табл. 2.
Таблиця 2
Типові показники схем включення транзисторів
Тип схеми
Коефіцієнт підсилення
Вхідний опір, Ом
Зсув фази
струму
напруги
потужності
СЕ
10(100
100
До 10 000
сотні(тисячі
180º
СБ
<1
до 1000
до 1000
одиниці(десятки
0º
СК
10(100
<1
до 100
десятки тисяч
0º
Порівнюючи каскади СБ та СК, можна бачити, що каскад СК дещо гірше підсилює, але має добру стабільність функціонування, а каскад СЕ підсилює найкраще, але має нестабільний режим роботи.
Основні властивості схеми СЕ
Рис. 8. Транзисторний каскад із спільним емітером.
Каскад СЕ підсилює струм:
Звичайно частотну залежність оцінюють виразом:
,
де β0 – коефіцієнт передачі для частоти f = 0;
fβ – гранична частота, на якій модуль β зменшується в два рази.
При цьому , тобто частотні властивості СЕ гірші, ніж каскаду СБ.
Каскад СЕ підсилює напругу і потужність вхідного сигналу навіть при RВИХ = RВХ :
,
Каскад СЕ міняє полярність сигналу, що підсилюється, на протилежну.
Режим спокою в каскаді СЕ не відзначається стабільністю, внаслідок того, що сильно залежить від впливу зовнішнього середовища на параметри транзистора.
Вхідний опір становить:
Він практично сягає 1 кОм.
Послідовність спрощенного розрахунку транзисторного каскаду СЕ із термостабілізацією
Рис. 9. Підсилювальний транзисторний каскад із термостабілізацією на основі npn-транзистора, який включений із спільним емітером.
Вихідна напруга UВИХ0 при відсутності вхідної напруги:
Вихідний струм ІВИХ0 в режимі спокою:
Початковий струм бази ІБ0 :
Струм подільника напруги IR :
Розрахунковий коефіцієнт підсилення напруги k'U :
Величина опору резистора зворотнього зв'язку RE :
Величина ємності шунтуючого конденсатора СЕ :
Напруга початкового зміщення бази UБ0 :
, якщо
Величини опорів подільника напруги R1 та R2, відповідно:
та
Вхідний опір схеми СЕ із термостабілізацією RВХ :
, де RСЕ – вхідний опір схеми СЕ,
Величина ємності вхідного конденсатора СВХ :
Величина ємності вихідного конденсатора СВИХ :
, де RВИХ=RН.
Коефіцієнт підсилення струму kI :
, де ,
Коефіцієнт підсилення напруги kU :
, де ,
Коефіцієнт підсилення потужності kP :
Порядок виконання роботи № 3
Згідно приведеної вище методики розрахувати підсилювальний каскад СЕ із термостабілізацією. Початкові дані вибрати з табл. 3 згідно номера варіанта.
Реалізувати підсилювальний каскад CE із термостабілізацією в ELECTRONICS WORKBENCH 5.12. Внаслідок відмінності параметрів транзисторів, на основі яких моделюється підсилювальний каскад, від параметрів, що задані в початкових умовах, можуть виникати спотворення форми вихідного сигналу. При необхідності, додатково підібрати більш точні значенні опору допоміжних резисторів, які були розраховані приблизно.
Виміряти значення коефіцієнтів підсилення параметрів вхідного сигналу та порівняти їх з відповідними розрахунковими значення.
Дослідити спотворення форми вихідного сигналу при перевищенні вхідним сигналом номінальної амплітуди (U′BX = 2·UBX ) та внаслідок неправильного розрахунку робочої точки транзистора (R1′ = 2·R1 ).
Підготувати звіт по лабораторній роботі, який має містити схеми підсилюючих каскадів, що досліджувались, та часові діаграми вхідного та вихідного сигналів.
Таблиця 3
Варіант
Амплітуда вх. сигналу UВХ , В
Частота вх. сигналу f, кГц
Внутрішній опір емітерного переходу rбе , Ом
Коефіціент передачі струму бази (
Опір наван-таження Rн , кОм
Напруга живлення EС , В
1
±0,2
1
100
105
3
-30
2
±0,1
1
100
100
2
-25
3
±0,2
1
100
95
1
+20
4
±0,3
5
150
105
2
+25
5
±0,4
5
150
100
3
+30
6
±0,2
5
150
95
3
-30
7
±0,1
10
200
105
2
-25
8
±0,2
10
200
100
1
+20
9
±0,3
10
200
95
2
+25
10
±0,4
15
250
105
3
+30
11
±0,2
15
250
100
3
-30
12
±0,1
15
250
95
2
-25
13
±0,2
20
300
105
1
+20
14
±0,3
20
300
100
2
+25
15
±0,4
20
300
95
3
+30
16
±0,2
20
300
100
2
+20
Лабораторна робота №4 Дослідження включенння біполярного транзистора по схемі із спільною базою
Основні властивості схеми СБ
Рис. 10. Транзисторний каскад із спільною базою.
Каскад СБ не підсилює струм. Це зумовлене тим, що не всі носії з емітера доходять до колектора. Тому коефіцієнт передачі струму рівний:
Звідси зрозуміло, що послідовне включення каскадів із СБ недоцільне, внаслідок того, що два каскади послаблюють струм більше, ніж один. Коефіцієнт передачі струму залежить від частоти сигналу f :
,
де (0 – коефіцієнт передачі для частоти f = 0;
f( – гранична частота, на якій модуль ( зменшується в два рази.
Каскад СБ може підсилювати напругу за рахунок малого вхідного опору і великого опору навантаження. Коефіцієнт передачі напруги:
Якщо прийняти RH > RBX , то kU > 1 , тобто каскад підсилює напругу. В цьому випадку він також буде підсилювати потужність сигналу:
Полярність сигналу на виході така ж, як на вході. Нехай в деякий момент часу напруга сигналу UC на вході має додатньє миттєве значення. Воно передається на емітер транзистора і зменшує миттєве значення струму iE в порівнянні із середнім. Тим самим зменшиться і колекторний струм, який при переході через опір Rk створить на ньому падіння напруги менше середнього відносно напруги. Відносно ж спільної точки (() миттєве значення сигналу виявиться додатнім.
Режим спокою СБ відзначається стабільністю, бо мало залежить власне від параметрів транзистора.
Вхідній опір становить:
,
де rE – опір емітера, причому Oм;
rБ – опір бази, який приблизно становить Ом.
Послідовність спрощенного розрахунку транзисторного каскаду СБ із термостабілізацією
Рис.11. Підсилювальний транзисторний каскад із термостабілізацією на основі npn-транзистора, який включений із спільною базою.
Вихідна напруга UВИХ0 при відсутності вхідної напруги:
Вихідний струм ІВИХ0 в режимі спокою:
Початковий струм бази ІБ0 :
Величини опорів резисторів подільника напруги R1 та R2:
та , прийняти IR = IБ0 .
Вхідний опір схеми СБ із термостабілізацією RВХ :
Величина ємності вхідного конденсатора СВХ :
Величина ємності вихідного конденсатора СВИХ :
, де RВИХ=RН
Внутрішній опір джерела вхідного сигналу RBH :
, де
Коефіцієнт підсилення струму kI :
, де ,
Коефіцієнт підсилення напруги kU :
, де ,
Коефіцієнт підсилення потужності kP :
Порядок виконання роботи № 4
Згідно приведеної вище методики розрахувати підсилювальний каскад СБ із термостабілізацією. Початкові дані вибрати з табл. 4 згідно номера варіанта.
Реалізувати підсилювальний каскад CБ із термостабілізацією в ELECTRONICS WORKBENCH 5.12. Внаслідок відмінності параметрів транзисторів, на основі яких моделюється підсилювальний каскад, від параметрів, що задані в початкових умовах, можуть виникати спотворення форми вихідного сигналу. При необхідності, додатково підібрати більш точні значенні опору допоміжних резисторів, які були розраховані приблизно.
Виміряти значення коефіцієнтів підсилення параметрів вхідного сигналу та порівняти їх з відповідними розрахунковими значення.
Дослідити спотворення форми вихідного сигналу при перевищенні вхідним сигналом номінальної амплітуди (U′BX = 2·UBX ) та внаслідок неправильного розрахунку робочої точки транзистора (R1′ = 2·R1 ).
Підготувати звіт по лабораторній роботі, який має містити схеми підсилюючих каскадів, що досліджувались, та часові діаграми вхідного та вихідного сигналів.
Таблиця 4
Варіант
Амплітуда вх. сигналу UВХ , В
Частота вх. сигналу f, кГц
Внутрішній опір емітерного переходу rбе , Ом
Коефіціент передачі струму бази (
Опір наван-таження Rн , кОм
Напруга живлення EС , В
1
±0,15
200
100
105
150
-30
2
±0,10
250
150
100
125
-25
3
±0,15
300
200
95
100
+20
4
±0,20
350
250
105
125
+25
5
±0,25
400
300
100
150
+30
6
±0,15
200
100
95
150
-30
7
±0,10
250
150
105
125
-25
8
±0,15
300
200
100
100
+20
9
±0,20
350
250
95
125
+25
10
±0,25
400
300
105
150
+30
11
±0,15
200
100
100
150
-30
12
±0,10
250
150
95
125
-25
13
±0,15
300
200
105
100
+20
14
±0,20
350
250
100
125
+25
15
±0,25
400
300
95
150
+30
16
±0,15
300
200
100
100
+20
Лабораторна робота №5 Дослідження включенння біполярного транзистора по схемі із спільним колектором
Основні властивості схеми СК
Рис. 12. Транзисторний каскад із спільним колектором.
Каскад СК підсилює струм:
Каскад СК не підсилює напругу. Реально можна досягнути коефіцієнту передачі KU = 0,85 ... 0,95, тобто вихідна напруга приблизно повторює вхідну.
Каскад СК не міняє полярності вхідного сигналу.
Режим спокою каскаду СК стабільніший.
Вхідний опір рівний:
,
тобто практично на багато більший, ніж для каскадів СБ та СЕ. Найбільший вхідний та найменший вихідний опір порівнянно з іншими схемами включення зумовлюють доцільність використання схеми СК для узгодження опорів при багатокаскадному включенні.
Послідовність спрощенного розрахунку транзисторного каскаду СК із термостабілізацією
Вихідна напруга UВИХ0 при відсутності вхідної напруги:
Вихідний струм ІВИХ0 в режимі спокою:
Рис. 13. Підсилювальний транзисторний каскад із термостабілізацією на основі npn-транзистора, який включений із спільним колектором.
Початковий струм бази ІБ0 :
, де
Напруга початкового зміщення бази UБ0 :
Величини опорів R1 та R2 подільника напруги, відповідно:
та , прийняти IR = IБ0
Вхіний опір схеми СK із термостабілізацією RВХ :
, де RСK – вхідний опір схеми СK, .
Величина ємності вхідного конденсатора СВХ :
Величина ємності вихідного конденсатора СВИХ :
, де RВИХ=RН.
Коефіцієнт підсилення струму kI :
, де ,
Коефіцієнт підсилення напруги kU :
, де ,
Коефіцієнт підсилення потужності kP :
Порядок виконання роботи № 5
Згідно приведеної вище методики розрахувати підсилювальний каскад СБ із термостабілізацією. Початкові дані вибрати з табл. 5 згідно номера варіанта.
Реалізувати підсилювальний каскад CБ із термостабілізацією в ELECTRONICS WORKBENCH 5.12. Внаслідок відмінності параметрів транзисторів, на основі яких моделюється підсилювальний каскад, від параметрів, що задані в початкових умовах, можуть виникати спотворення форми вихідного сигналу. При необхідності, додатково підібрати більш точні значенні опору допоміжних резисторів, які були розраховані приблизно.
Виміряти значення коефіцієнтів підсилення параметрів вхідного сигналу та порівняти їх з відповідними розрахунковими значення.
Дослідити спотворення форми вихідного сигналу при перевищенні вхідним сигналом номінальної амплітуди (U′BX = 2·UBX ) та внаслідок неправильного розрахунку робочої точки транзистора (R1′ = 2·R1 ).
Підготувати звіт по лабораторній роботі, який має містити схеми підсилюючих каскадів, що досліджувались, та часові діаграми вхідного та вихідного сигналів.
Таблиця 5
Варіант
Амплітуда вх. сигналу UВХ , В
Частота вх. сигналу f, кГц
Внутрішній опір емітерного переходу rбе , Ом
Коефіціент передачі струму бази (
Опір наван-таження Rн , кОм
Напруга живлення EС , В
1
±12
50
100
105
0,08
-30
2
±10
75
150
100
0,10
-25
3
±8
100
200
95
0,15
+20
4
±6
125
250
105
0,20
+25
5
±8
150
300
100
0,25
+30
6
±12
50
100
95
0,08
-30
7
±10
75
150
105
0,10
-25
8
±8
100
200
100
0,15
+20
9
±6
125
250
95
0,20
+25
10
±8
150
300
105
0,25
+30
11
±12
50
100
100
0,08
-30
12
±10
75
150
95
0,10
-25
13
±8
100
200
105
0,15
+20
14
±6
125
250
100
0,20
+25
15
±8
150
300
95
0,25
+30
16
±10
100
200
100
0,10
+20
Лабораторна робота №6 Дослідження операційного підсилювача і спеціалізованих пристроїв на його основі
Операційні підсилювачі (ОП) — це підсилювачі постійного струму з глибоким зворотнім зв'язком, що призначені для реалізації з аналоговими сигналами різних математичних операцій: додавання, віднімання, логарифмування, інтегрування, тощо. Саме цьому використанню вони і забов'язані своєю назвою.
З переходом на інтегральну технологію виробництва ОП стали широко використовуватись в різних приладах і пристроях електронної техніки. Таке широке використання ОП пояснюється тим, що їм властиві якісні електричні параметри (великий коефіцієнт підсилення, високий вхідний і низький вихідний опори, висока стабільність коефіцієнта передачі, малий дрейф вихідного рівня, велика швидкодія, мала потужність споживання), а з іншого боку — малі габарити, висока надійсть і невелика вартість.
Масштабуючий пристрій
Даний пристрій виконує масштабування (множення на постійний множник). Схеми такого пристрою зображені на рис. 14.
Рис. 14. Масштабуючий пристрій.
Для інвертуючого підсилювача (рис. 14а) дійсна рівність:
,
а для неінвертуючого підсилювача (рис. 146) можна записати:
Додаючий пристрій
Даний пристрій показаний на рис. 15 і реалізує наступну функцію
Рис. 15. Додаючий пристрій.
Порядок виконання роботи № 6
Рис. 17. Принципова схема пристрою додавання/віднімання та масштабування аналогових сигналів на основі операційного підсилювача.
Зібрати схему, що приведена на рис. 17 в ELECTRONICS WORКBENCH 5.12. Параметри резисторів вибрати згідно власного варіанту з табл. 6.
Розрахувати коефіцієнти підсилення k1 та k2 кожного вхідного сигналу:
та
Обчислити коефіцієнт підсилення операційного підсилювача k0 при розімкнутому зворотньому зв’язку:
де UВИХ – розрахункове значення вихідної напруги, ,
U(+) – значення напруги на прямому вході ОП, ,
U(–) – значення напруги на інверсному вході ОП, .
Визначити коефіцієнти підсилення К1 та К2 кожного вхідного сигналу. Для цього на вхід, коефіцієнт підсилення на якому визначається, подати подати синусоподібну напругу амплітудою, відповідно, U1 або U2, а на інший вхід постійну напругу нульового рівня:
, і рівне 1 або 2.
Обчислити значення коефіцієнта підсилення операційного підсилювача при розімкнутому зворотньому зв’язку К0 . Для цього, на входи пристрою подати синусоподібні сигнали відповідних амплітуд U1 та U2 і виміряти різницю потенціалів ΔV на безпосередніх входах операційного підсилювача та значення вихідної напруги UВИХ :
Визначити напругу зміщення нуля ΔU операційного підсилювача. Для цього потрібно виміряти вихідну напругу U0ВИХ , при напрузі нульового рівня на входах.
При цьому, оскільки в ELECTRONICS WORKBENCH 5.12 математична модель операційного підсилювача, який використовується при дослідженні присторою додавання/віднімання та масштабування аналогових сигналів, містить нульовий коефіцієнт зміщення нуля, то для імітації напруги зміщення нуля на вхід U2 подати постійну напругу величиною декілька мВ (Δu = 5...20 мВт).
Порівняти розрахункові коефіцієнти k0 , k1 , k2 та Δu з їх відповідними визначеними величинами — K0 , K1 , K2 та ΔU. Оформити та захистити звіт з лабораторної роботи.
Таблиця 6
Варіант
U1, B
U2, B
R1, кОм
R2, кОм
R3, кОм
R4, кОм
1
5
2
4
10
1
8
2
6
3
5
11
2
9
3
7
4
6
12
3
10
4
8
5
7
13
4
11
5
9
6
8
14
5
12
6
10
7
9
15
6
13
7
11
8
10
16
7
14
8
12
9
11
17
8
15
9
13
10
12
18
9
16
10
14
11
13
19
10
17
11
15
12
14
20
11
18
12
16
13
15
21
12
19
13
17
14
16
22
13
20
14
18
15
17
23
14
21
15
19
16
18
24
15
22
16
20
17
19
25
16
23
Контрольні запитання
Що таке операційний підсилювач ?
В чому полягає основний принцип функціонування операційний підсилювача ?
Чому рівний коефіцієнт підсилення інвертуючого підсилювача ?
Чому рівний коефіцієнт підсилення неінвертуючого підсилювача ?
Що таке напруга зміщення нуля операційного підсилювача ?
02.02.2013 22:02-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора