3. Лабораторные задания

Задание 1. Ознакомиться с представленными наборами гибридных и полупроводниковых аналоговых и цифровых интегральных схем. Изучить их конструкцию, параметры и возможности использования. По обозначениям на интегральных схемах с помощью преподавателя определить их типы, назначение и возможности применения. В отчете по лабораторной работе эскизно нарисовать вид основных типов микросхем (не менее 10  15) и указать их обозначения.

Задание 2. Исследование усилителя сигнала на аналоговой микросхеме. На лабораторном стенде собрать электрическую цепь усилителя сигнала на аналоговой микросхеме (рис. 8). Выбрать конденсаторы С₁ = С₂ = 0,68 мкФ, значение напряжения питания Е₁ = 4,2 В (три элемента батареи), сопротивление нагрузки R_н в соответствии с вариантом задания (табл. 1).

На вход усилителя с генератора сигнала подать синусоидальное напряжение u_вх с амплитудой U_m.вх = 0,05 В и частотой f = 400 Гц и с помощью осциллографа и цифрового вольтметра зарегистрировать выходное напряжение u_н. Если выходное напряжение будет искажено (отлично от синусоиды), то необходимо уменьшить амплитуду входного напряжения до значения, при котором выходное напряжение усилителя будет без искажений и иметь максимальную амплитуду.

С помощью осциллографа зарегистрировать временные диаграммы искаженного и максимального неискаженного сигнала и соответствующие им значения амплитуд входного сигнала U_m.вх.

С помощью осциллографа и цифрового вольтметра провести измерение амплитуд выходного U_m.н и входного U_m.вх напряжений для максимальной амплитуды неискаженного выходного сигнала, и используя выражение (1) определить коэффициент усиления усилителя по напряжению К_u. Полученное значение К_u сравнить с рассчитанным в п. 2 подготовительного задания значением.

Результаты сравнения отразить в отчете. Здесь же привести временные диаграммы изменения выходного напряжения для случая искаженного и максимального по амплитуде неискаженного сигнала, с указанием соответствующих амплитуд входного сигнала.

По результатам сравнения коэффициентов усиления сделать вывод о справедливости проведенного расчета усилителя на аналоговой микросхеме.

Задание 3. Исследование базовых логических элементов цифровых микросхем.

Исследование базовых элементов провести для элементов микросхем К155ЛА3 и К176ЛЕ5. Для четных номеров вариантов заданий для исследований выбрать первый или второй элементы (DD_1.1 или DD_1.2 и DD_2.1 или DD_2.2) микросхем (рис. 9), для нечетных вариантов заданий выбрать третий или четвертый элементы (DD_1.3 или DD_1.4 и DD_2.3 или DD_2.4) микросхем К155ЛА3 и К176ЛЕ5.

Соответствующие номера выводов исследуемых микросхем необходимо определить из рис. 9 и указать на схеме (рис. 10), представленной в отчете при выполнении п. 3 подготовительного задания.

На лабораторном стенде собрать электрическую цепь (рис. 10), используемую для исследования логических элементов. Изменяя с помощью переменного резистора R₂ напряжение u_вх, подаваемое на базовый логический элемент DD₁, от уровня логического нуля u⁰_вх до уровня логической единицы u¹_вх провести съем характеристик переключения: u_вых = f₁(u_вх) и u’_вых = f₁(i_вх) для базовых элементов ТТЛ и КМДП серий.

При съеме зависимостей u_вых = f₁(u_вх) и u’_вых = f₁(i_вх) к выходу логического элемента (между выходом и общей шиной) подключить осциллограф и провести наблюдение изменения выходного напряжения при его переключении между уровнями логической единицы u¹_вых и логического нуля u⁰_вых.

Съем зависимостей u_вых = f₁(u_вх) и u’_вых = f₁(i_вх) провести для 5  7 точек при входном напряжении u_вх и входном токе i_вх, соответствующим зоне переключения с напряжением переключения u_п и током переключения i_п. Измерение напряжений u_вх и u_вых провести с помощью цифрового вольтметра, а входного тока i_вх с помощью миллиамперметра РА₁ (ток полного отклонения стрелки которого равен 2 мА).

По результатам измерений построить графики зависимостей характеристик переключения: u_вых = f₁(u_вх) и u’_вых = f₁(i_вх) для базового логического элемента ТТЛ, а также u_вых = f₁(u_вх) для базового логического элемента КМДП.

По полученным зависимостям определить входные и выходные значения напряжений логической единицы и логического нуля: u¹_вх, u¹_вых, u⁰_вх, u⁰_вых и входных токов логической единицы и логического нуля: i¹_вх, i⁰_вх.

Сделать выводы о соответствии значений u¹_вх, u¹_вых, u⁰_вх, u⁰_вых, i¹_вх, i⁰_вх заданным значениям параметров (в соответствии с теоретической частью работы) для исследованных базовых элементов.

Задание 4. Исследование генератора прямоугольных импульсов (мультивибратора) на логической микросхеме.

На лабораторном стенде собрать электрическую цепь генератора импульсов (рис. 12). Параметры частотозадающих элементов R₁, C₁ и R₂, C₂ выбрать в соответствии с полученными в п. 4 подготовительного задания значениями.

Переключая переключатель S₁ поочередно в положения 1, 2 и 3, проконтролировать с помощью динамика ВА₁ и осциллографа, подключаемого между выводом 11 элемента DD1.4 и общей шиной режимы работы генератора, описав их в отчете.

Переключив переключатель S₁ в положение 2, с помощью осциллографа снять временные диаграммы напряжений в точках подключения выводов 4, 8 и 11 микросхемы DD₁.

Полученные временные диаграммы напряжений привести в отчете. По временным диаграммам определить частоту прерываний f_п и частоту сигнала f_с и сравнить их с рассчитанными значениями в п. 4 подготовительного задания f_п и f_с,. По результатам сравнения сделать выводы о справедливости выражения 2.

По результатам проведенных исследований и сопоставления результатов сделать выводы:

 о справедливости проведенного расчета усилителя на аналоговой микросхеме (соответствии коэффициентов усиления по напряжению);

 о входных токах элементов микросхем ТТЛ и КМДП;

 о справедливости приближенного выражения (2).

Контрольные вопросы

1. Поясните понятия: функциональные узлы, интегральный процесс, интегральная схема, микросхема.

2. Расскажите про классификацию микросхем по технологическим типам (гибридные и полупроводниковые) и по степени интеграции (МИС, СИС, БИС, СБИС).

3. Расскажите про классификацию микросхем по классам (аналоговые, цифровые), сериям и функциональному признаку (подгруппы).

4. Расскажите про маркировку отечественных микросхем, используемую в настоящее время.

5. Поясните, как обозначаются микросхемы на принципиальных электрических схемах в виде графических обозначений элементов, расположение и размеры основных элементов графических изображений.

6. Какие буквы и знаки используются для обозначения функционального назначения элементов микросхем? Приведите примеры обозначений усилителей, логических элементов, счетчиков и триггеров.

7. Назовите основные параметры интегральных схем и охарактеризуйте их.

8. Назовите известные вам серии аналоговых микросхем малой и средней степени интеграции. Приведите примеры разных вариантов графического обозначения аналоговых микросхем усилителей и источников электропитания.

9. Расскажите, что вы знаете про интегральную схему типа К118УН1, используемую в лабораторной работе?

10. Что вы знаете про базовые логические элементы цифровых микросхем? Как делятся интегральные схемы в зависимости от их базовых элементов?

11. Нарисуйте схемы базовых логических элементов ТТЛ и КМДП интегральных схем и поясните их работу.

12. Назовите известные вам серии цифровых микросхем малой и средней степени интеграции. Приведите примеры разных вариантов графического обозначения цифровых интегральных схем логических элементов, триггеров, дешифраторов и мультиплексоров.

13. Поясните схему усилителя сигнала на микросхеме К118УН1, исследованную в настоящей работе, назначение основных используемых элементов.

14. Поясните преобразования схемы усилителя сигнала на интегральной схеме К118УН1, проведенные при выполнении подготовительного задания.

15. Расскажите про расчет схемы усилителя сигнала на интегральной схеме К118УН1 по переменному току с использованием эквивалентной схемы биполярных транзисторов.

16. Поясните полученные в работе результаты, построенные временные диаграммы и сделанные выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Тема: “ Изучение и исследование усилителей сигналов”

Цель работы: знакомство с параметрами и характеристиками усилителей сигналов, расчетом их элементов, экспериментальное исследование усилителей на биполярных и полевых транзисторах, усилителей постоянного тока на микросхемах, однотактных и двухтактных усилителей мощности, обратной связи в усилителях, амплитудной и амплитудно-частотной характеристик.