Лабораторная работа № 1 Основные радиоэлектронные измерения и измерительные приборы (стр. 22 )

Рис. 21. Схема рабочего макета

1. Коэффициент усиления К=1350¸12000.

2. Максимальное выходное напряжение ±6 В.

3. Максимальный входной ток Iвх=9,0 мкА.

4. Напряжение источников питания U= ±12,6 В.

5. Входное сопротивление Rвх > 5 кОм.

6. Выходное сопротивление Rвых < 700 Ом.

7. Напряжение смещения нуля ± l7 мВ.

Наличие напряжения смещения требует применения корректирующих цепей. Схема ОУ К140УД1Б приведена на рис. 12. Рабочий макет имеет схему, приведенную на рис. 21.

Приборы, используемые в работе:

— генератор синусоидальных сигналов;

— генератор прямоугольных импульсов;

— осциллограф;

— источник питания.

4. Порядок выполнения работы

4.1. Рассчитать и смонтировать неинвертирующий усилитель переменного напряжения с коэффициентом усиления KU =100, 200, 500. Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя. Определить его входное сопротивление.

4.2. Рассчитать и смонтировать активный интегратор и дифференциатор, взяв за основу расчета постоянную времени цепи:

tдиф = 20 мкс, 100 мкс, I мс;

tинт = 5 мс, 10 мс, 20 мс.

Проверить работу схем при подаче на вход прямоугольного сигнала длительностью tU = I мс, F = 500 Гц.

4.3. Смонтировать генератор прямоугольных импульсов с заданным периодом повторения Т=3 мс, 5 мс. Зарисовать формы напряжений на выходе. Изменяя параметры схемы, определить зависимость частоты повторения от постоянной времени RC и от соотношения плеч делителя R1, R2.

5. Методические указания

Сопротивление нагрузки для всех схем выбирается с учетом предельного значения тока:

.

Так как коэффициент усиления ОУ велик, а выходное напряжение ограничено (Uвых = 6 В), то амплитуда входного сигнала должна быть мала (Uвх = 0,01 В).

5.1. Усилитель.

Если во входных каскадах не используются полевые транзисторы, то через входы операционного усилителя обязательно будут протекать базовые токи. Следовательно, входы всегда должны соединяться с землей через омическое сопротивление. Благодаря этому токи смещения приводят к появлению на обоих входах одинаковых напряжений, которые взаимно вычитаются и поэтому не вносят дополнительного сдвига. В усилителе на рис. 22. во входную цепь включен дополнительно резистор R3 для того, чтобы получить на нем падение напряжения, равное напряжению на параллельном соединении резисторов R1 и R2. Рекомендуемые параметры схемы: R1 = 4-10 кОм, R2 = R3 = 400 кОм-1,5 МОм, RH = 5 кОм.

Рис. 22

5.2. Дифференциатор.

При подборе RC элементов необходимо учитывать, что уменьшение реактивного сопротивления Cc с увеличением частоты приводит к тому, что схема дифференциатора имеет высокий коэффициент усиления по отношению к высокочастотным составляющим на входе, даже если их частоты лежат выше полосы частот полезного сигнала. Следовательно, наряду с высокочастотными составляющими спектра полезного входного сигнала схема усиливает собственные шумы сопротивлений и полупроводниковых элементов. Такая схема имеет тенденцию к потере устойчивости в той области частот, где частотная характеристика дифференциатора пересекается с характеристикой скорректированного усилителя. Чтобы избежать проявления только что описанных нежелательных свойств дифференциатора, принимаются меры по его динамической стабилизации.

Рис. 23

Добавление к схеме сопротивления RK приводит к появлению на частотной характеристике горизонтального участка и прекращению дифференцирования на частотах, превышающих частоту f1=1/2pRKC. В полосе частот от f до f1=1/2pRKC схема является устойчивым дифференциатором. Частоту f1=1/2pRKC следует задавать возможно более низкой при заданных полосе частот полезного сигнала и точности дифференцирования. RK и СK часто выбираются так, чтобы RKC=RCK. Дифференциатор собирается по схеме (рис. 23). Рекомендуемые параметры схемы: R » 100 кОм – 1 МОм, С = 30 пФ.

5.3. Интегратор.

Так как в схеме интегратора мы имеем дело не с идеальным операционным усилителем, а реальным, имеющим некоторое напряжение сдвига, то он нуждается в некотором токе смещения (рис. 24). Напряжение сдвига интегрируется как ступенчатая функция, что дает дополнительный линейно нарастающий (или спадающий) выходной сигнал. Ток смещения течет через конденсатор обратной связи, что также приводит к появлению наклонного выходного сигнала. В результате действия этих двух эффектов конденсатор обратной связи через некоторое время неизбежно заряжается до максимально возможного выходного напряжения усилителя. Такое постоянное накопление заряда на конденсаторе обратной связи накладывает ограничение на интервал времени, в течение которого может быть осуществлено интегрирование с достаточной точностью.

Ошибку напряжения сдвига можно уменьшить следующими приемами:

1) использовать операционный усилитель с низким UСДВ;

2) периодически сбрасывать интегратор (т. е. разряжать конденсатор до некоторого заранее выбранного значения);

3) шунтировать сопротивлением Rраз. Все это уменьшит ошибки интегратора.

Rбал»R, т. к. входной ток протекает по резистору источника сигнала R.

Рекомендуемые параметры схемы: Rраз= 10 МОм, R=10 кОм, C=1200 пФ.

Рис. 24

5.4. Генератор.

Генератор прямоугольных импульсов собирается по схеме (рис.19). Рекомендуемые параметры схемы: R1=4,7 кОм, R2= 47 кОм, R » 100 кОм - 2 МОм, С » 0,001-0.1 мкФ.

6. Контрольные вопросы

1. Объяснить устройство операционного усилителя.

2. Объяснить работу дифференциального каскада ОУ.

3. Объяснить работу неинвертирующей схемы на ОУ.

4. Как работает активный интегратор на ОУ?

5. Каковы условия дифференцирования схемы дифференциатора на ОУ?

6. Как работает схема генератора колебаний прямоугольной формы на ОУ?

7. Литература

1. Рутковски Дж. Интегральные операционные усилители. М.: Мир, 1971.

2. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы. М.: Советское радио, 1979.

3. Манаев Е. И. Основы радиоэлектроники. М.: Советское радио, 1976.

Меры безопасности при выполнении лабораторных работ

Напряжение, используемое при измерениях, не должно превышать 30 В и в таком случае оно опасности не представляет. Так как внутри имеется высокое напряжение осциллографа (до 8 кВ), внутри контрольно-измерительных приборов и источников постоянного и переменного напряжения (до 450 В), вскрытие приборов запрещается, корпуса приборов должны быть заземлены. Необходимо предохранять электронно-лучевую трубку осциллографа от ударов, потому что она взрывоопасна. Перед включением приборов в сеть необходимо проверить целостность сетевых шнуров, розеток и надежность заземления всех приборов. Ознакомиться по справочнику с исследуемыми приборами, их цоколевкой, выяснить предельно допустимый и номинальный режимы работы. Устанавливать напряжения и токи больше предельно допустимых значений нельзя!

Содержание

Лабораторная работа № 1. Основные радиоэлектронные измерения и

измерительные приборы……………………………………………………………………..….3

Лабораторная работа № 2 . Исследование последовательного и

параллельного колебательных контуров при гармоническом воздействии………………....27

Лабораторная работа № 3. Измерение параметров связанных колебательных

контуров при гармоническом воздействии……………………………………………………36

Лабораторная работа № 4. Исследование дифференцирующей и

интегрирующей цепей…………………………………………………………………………..45

Лабораторная работа № 5. Изучение зависимости спектров

прямоугольного и синусоидального модулированного сигналов от их

параметров……………………………………………………………………………………….51

Лабораторная работа № 6. Исследование простейших схем

выпрямителей и сглаживающих фильтров……………………………………………………56

Лабораторная работа № 7. Стабилизаторы напряжения……………………………………61

Лабораторная работа № 8. Нелинейное резонансное усиление

и умножение частоты………………………………………………………………………….67

Лабораторная работа № 9. Линии задержки……………………………………….……….75

Лабораторная работа № 10. Мультивибраторы…………………………………….………81

Лабораторная работа № 11. Интегральные микросхемы………………………..…………89

Лабораторная работа № 12. Операционные усилители………………………….……….102

Меры безопасности при выполнении лабораторных работ…………………….….......122

Учебное издание

Сысун Валерий Иванович

Олещук Олег Валентинович

Борисков Петр Петрович

Стефанович Генрих Болеславович

ОСНОВЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Методическое пособие

к лабораторным работам по курсу

«Электротехника и электроника»

Редактор

ЛР ИД № 000 от 01.01.2001.

Гигиенический сертификат №№10.КЦ.34.953.П.00136.03.99 от 05.03.99.

Подписано к печати 08.07.03. Формат А4.

Бумага офсетная. Печать офсетная.

Уч. - изд. л. 9. Усл. кр. –отт. 65. Тираж 200 экз. Изд. № 000.

Петрозаводский государственный университет

Типография Издательства Петрозаводского государственного университета

185640, Петрозаводск, пр. Ленина, 33