3. Лабораторные задания

Задание 1. Исследование генератора синусоидального напряжения на операционном усилителе с мостом Вина.

На лабораторном стенде в соответствии со схемой (рис. 1) собрать электрическую цепь моста Вина. В качестве резисторов использовать резисторы R с рассчитанным в подготовительном задании сопротивлениями, а конденсаторов С выбрать конденсаторы типа К73-17 с заданной емкостью.

На вход моста Вина подключить генератор синусоидального сигнала, а к выходу – цифровой вольтметр. Установить на выходе генератора сигнала синусоидальное напряжение с заданным действующим значением U_вх = 2,0 В и частотой f = 1000 Гц.

Изменяя частоту f генератора сигналов в диапазоне от 20 Гц до 10 кГц и измеряя выходное напряжение U_вых моста Вина, снять частотную характеристику моста Вина: U_вых = F(f). Для съема частотной характеристики выбрать 7  10 значений частоты f в области полосы пропускания моста Вина.

Полученные значения занести в отчет и построить частотную характеристику моста Вина. По графику определить среднюю частоту полосы пропускания f₀ моста Вина и коэффициент его передачи ₀ на частоте f₀).

Полученные значения f₀ и ₀ сравнить с рассчитанными в подготовительном задании значениями. Результаты сравнения отразить в отчете.

На основе собранной на лабораторном стенде цепи моста Вина собрать электрическую цепь генератора синусоидального напряжения (рис. 3) на микросхеме DA₁, в качестве которой использовать одну из микросхем типа: К140УД6, К140УД7 или 154УД1.

Для питания микросхемы использовать две батареи (по три элемента), каждая с напряжениями Е₁ = Е₂ = 3,9 В (3,6  4,2) В, а в качестве резистора R₃ использовать подстроечный резистор типа СП3-1 или СП3-19.

После подключения к генератору батарей питания, а к выходу генератора (вместо сопротивления нагрузки R_н) осциллографа и динамика, последовательно включенного с резистором с сопротивлением 300 Ом, убедиться в работе генератора, и с помощью осциллографа провести съем временной диаграммы выходного сигнала.

Если выходной сигнал генератора является не синусоидальным, то, изменяя сопротивление построечного резистора добиться, устранения искажений сигнала, установив заданную его амплитуду U_m. С помощью осциллографа и частотомера провести измерение частоты f_г синусоидального сигнала генератора, а с помощью цифрового вольтметра, подключаемого к выходу генератора – выходного напряжения U_г.

Полученные значения f_г и U_г занести в отчет (табл. 2) и сравнить с рассчитанными значениями. По результатам сравнения и анализа работы генератора сделать необходимые выводы.

Таблица 2

Пара-метр	Генератор (рис. 3)		Генератор (рис. 5)		Генератор (рис. 7)		Генератор (рис. 8)
	расчет- ный	изме-ренный	расчет- ный	изме-ренный	расчет- ный	изме-ренный	расчет- ный	изме-ренный
fг, Гц
Uг, В
tи2, мc

Задание 2. Исследование генератора пилообразного напряжения на операционном усилителе.

На лабораторном стенде собрать электрическую цепь генератора пилообразного напряжения (рис. 8), выполненного на микросхеме, в качестве которой использовать микросхему типа К140УД6, К140УД7 или 154УД1.

Для питания микросхемы выбрать две батареи с напряжением, определенным при проведении расчетов в подготовительном задании.

После подключения к генератору батарей питания, а к выходу вместо сопротивления нагрузки R_н осциллографа, убедиться в работоспособности генератора, и с помощью осциллографа провести съем временной диаграммы выходного напряжения. С помощью осциллографа и частотомера провести измерение частоты f_г выходного сигнала генератора, а с помощью осциллографа – амплитуды выходного напряжения U_m = U_г генератора.

Полученные значения f_г и U_г занести в табл. 2 и сравнить с расчетными (заданными вариантом задания) значениями, и по результатам сравнения и анализа работы генератора сделать необходимые выводы.

Задание 3. Исследование генератора прямоугольных импульсов на биполярных транзисторах.

На лабораторном стенде собрать электрическую цепь мультивибратора на биполярных транзисторах (рис. 7).

В качестве биполярных транзисторов использовать заданные вариантом задания с заданной структурой (n-p-n или p-n-p) транзисторы, напряжение питания выбрать равным Е_к = 3,9 В (три элемента батареи).

После подключения батареи питания с помощью осциллографа и динамика ВА₁, подключаемого последовательно с резистором R_к2, убедиться в работоспособности мультивибратора. Подключая осциллограф к цепям между общей шиной и коллектором, а также между общей шиной и базой к двум транзисторам снять временные диаграммы напряжений u_кэ и u_бэ для каждого транзистора.

С помощью частотомера и осциллографа определить частоту следования прямоугольных импульсов генератора f_г и длительность импульса t_и2. Полученные значения частоты f_г и t_и2 занести в табл. 2 и сравнить с заданными значениями.

Временные диаграммы с соблюдением масштаба и взаимного расположения привести в отчете по лабораторной работы. По временным диаграммам определить длительность t_ф фронта и среза t_c импульсов, формируемых в цепях коллекторов каждого транзистора.

Задание 4. Исследование кварцевого генератора сигнала для цифровых систем отсчета времени.

На лабораторном стенде собрать электрическую цепь кварцевого генератора цифровой системы отсчета времени (рис. 5). В качестве микросхемы использовать счетчик с встроенными элементами кварцевого генератора для нечетных номеров вариантов заданий типа К176ИЕ5, для четных номеров вариантов типа К176ИЕ12. В качестве кварца использовать часовой кварц с резонансной частотой 32,768 кГц, батарею питания выбрать с напряжением Е₁ = 5 В (четыре элемента аккумуляторной батареи).

После подключения к генератору батареи питания с помощью осциллографа, подключаемого к выходам Т, 14, 15, убедиться в работе генератора и снять временные диаграммы в соответствующих точках.

С помощью частотомера и осциллографа (по диаграммам) определить частоту сигнала в контролируемых точках.

Полученные значения частот f₁₄, f₁₅ в контролируемых точках занести в отчет по лабораторной работе и сделать выводы по результатам исследования.

Все результаты вычислений и их обоснование привести в отчете по лабораторной работе.

По результатам проведенных исследований и сопоставления результатов сделать выводы:

 о соответствии значений параметров сигналов (по каждому заданию лабораторной работы отдельно);

 о соответствии формы сигналов заданной форме для всех генераторов.

Контрольные вопросы

1. Что называется генератором сигналов? Расскажите про классификацию генераторов.

2. Расскажите про условия возбуждения генератора: баланс амплитуд и баланс фаз, и поясните их. Почему в генераторах используется положительная обратная связь?

3. Поясните понятия: “мягкий и жесткий режим возбуждения генератора”.

4. Расскажите про разновидности генераторов гармонических колебаний, их структуру и элементы, включаемые в цепь обратной связи – нарисуйте схемы электрических цепей элементов обратной связи.

5. Поясните принцип работы с необходимыми математическими выкладками генератора синусоидального сигнала с мостом Вина. Почему в генератор необходимо включать элементы стабилизации амплитуды?

6. Поясните принцип работы кварцевых резонаторов и кварцевых генераторов, структуру и принцип работы кварцевого генератора систем отсчета времени.

7. Расскажите про импульсные сигналы и их основные характеристики: длительность фронта; длительность импульса; длительность среза; длительность хвоста; период и частота импульсов; амплитуда и спад вершины импульса; скважность и коэффициент заполнения.

8. Какие режимы работы генераторов импульсных сигналов вы знаете? Чем они различаются?

9. Какие генераторы прямоугольных импульсов вы знаете? Что вы знаете про блокинг-генераторы?

10. Нарисуйте схему мультивибратора на биполярных транзисторах, поясните условия его работы и расчет элементов.

11. Нарисуйте схему мультивибратора на логической микросхеме и поясните его работу.

12. Нарисуйте схему мультивибратора на операционном усилителе и поясните его работу.

13. Что вы знаете про генераторы линейно изменяющегося напряжения. Поясните принцип их работы.

14. Нарисуйте схему и поясните работу генератора ЛИН, исследованного в лабораторной работе.

15. Поясните полученные в работе результаты, построенный график, снятые временные диаграммы и сделанные выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Тема: “Изучение и исследование вторичного стабилизированного источника электропитания”

Цель работы: знакомство с вторичными источниками электропитания, их назначением, классификацией и основными параметрами, вариантами принципиальных схем и методикой расчета, практическое исследование одно- и двухполупериодных выпрямителей, сглаживающих фильтров и последовательного стабилизатора напряжения.