8201_lab3_
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра РТЭ
отчет
по лабораторной работе №3
по дисциплине «Функциональные узлы и устройства микроэлектроники»
Тема: Исследование циркулятора на операционных усилителях
Студенты гр. 8201 |
|
Семирякова А. А. |
|
|
Бойко Д. В. |
|
|
Максимович Л.А. |
Преподаватель |
|
Тупицын А.Д. |
Санкт-Петербург
2021
Цель работы: ознакомление с принципом работы и областями применения циркулятора на интегральных операционных усилителях, исследование его параметров и характеристик.
Основные теоретические сведения:
Рис.1 Электрическая принципиальная схема циркулятора
Электрическая принципиальная схема циркулятора приведена на рис. 1. Он построен на операционных усилителях К140УД9 (DA1 – DA3) с корректи-рующими конденсаторами для обеспечения устойчивой работы в заданном частотном диапазоне. В схеме используются одинаковые (за исключением переключаемых) сопротивления 1 кОм. Переключаемые с помощью K1 и K2 сопротивления используются для исследования влияния разброса их значений на параметры циркулятора.
Исследуемый циркулятор расположен в металлическом корпусе, на лицевой панели которого располагаются переключатели K1 и K2. Также на панели расположены входные клеммы звеньев циркулятора. Генератор звуковых частот G подключается к первому входу циркулятора. Напряжения U1, U2 и U3 последовательно измеряются вольтметром. Для развязки операционных усилителей используются блокировочные конденсаторы, подключенные к выводам 1 и 7.
Параметры исследуемого усилителя:
Электрические параметры:
Uпит. ном — 2*12,6В
I пот — 8мА
Ku — 35*10³
Uсм — 5мВ
TKUсм — 20мкв/Сº
Iвх — 350нА
ΔIвх — 100нА
Кос.сф — 80дБ
f1 — 1,0МГц
Vu — 0,2В/мкс
Uвых.мах — 10,0В
Rвх — 20МОм
Предельные эксплуатационные данные:
Uпит — 2*6…15В
Uдф. мах — 4В
Uсф.мах — 7В
Rн min — 1кОм
Сн мах — 100пФ
I вых мах — 22мА
Обработка результатов:
Построим графики амплитудных зависимостей напряжений на входах циркулятора. Построим графики зависимостей переходного ослабления и коэффициента направленности от амплитуды входного сигнала
Табл.1 Амплитудные характеристики, характеристики переходного ослабления и коэффициента направленности для разных частот
f=1кГц |
||||||||
U1, В |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
U2, В |
0 |
0,996 |
1,98 |
2,983 |
3,993 |
4,975 |
5,991 |
6,742 |
U3, В |
0 |
0,001061 |
0,001057 |
0,001107 |
0,001474 |
0,001879 |
0,00221 |
0,002577 |
Lпер, дБ |
- |
0,034813 |
0,087296 |
0,04936 |
0,015214 |
0,043538 |
0,013039 |
0,326186 |
Lнапр, дБ |
- |
59,45088 |
65,4518 |
68,61011 |
68,65604 |
68,45733 |
68,66214 |
68,35349 |
U1, В |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
U2, В |
6,742 |
6,742 |
6,742 |
6,742 |
6,742 |
6,742 |
6,742 |
6,742 |
U3, В |
0,002992 |
0,003353 |
0,003777 |
0,004134 |
0,004469 |
0,005037 |
0,005393 |
0,00579 |
Lпер, дБ |
1,486025 |
2,509075 |
3,424225 |
4,252079 |
5,00785 |
5,703092 |
6,346786 |
6,94605 |
Lнапр, дБ |
67,05654 |
66,0671 |
65,03284 |
64,24837 |
63,57157 |
62,53234 |
61,93917 |
61,3222 |
f=50кГц |
||||||||
U1, В |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
U2, В |
0 |
0,272 |
0,352 |
0,48 |
0,582 |
0,684 |
0,758 |
0,805 |
U3, В |
0 |
0,004205 |
0,004085 |
0,004085 |
0,003914 |
0,003796 |
0,003598 |
0,003313 |
Lпер, дБ |
- |
11,30862 |
15,08975 |
15,9176 |
16,74274 |
17,27828 |
17,96964 |
18,78604 |
Lнапр, дБ |
- |
36,21606 |
38,70701 |
41,40098 |
43,44604 |
45,1146 |
46,47216 |
47,71149 |
U1, В |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
U2, В |
0,812 |
0,834 |
0,768 |
0,743 |
0,572 |
0,609 |
0,501 |
0,454 |
U3, В |
0,003018 |
0,002207 |
0,001252 |
0,002608 |
0,003461 |
0,0042 |
0,005068 |
0,005567 |
Lпер, дБ |
19,87068 |
20,66153 |
22,29278 |
23,40808 |
26,4357 |
26,58652 |
28,92581 |
30,38071 |
Lнапр, дБ |
48,59674 |
51,54727 |
55,75514 |
49,09362 |
44,36389 |
43,22736 |
39,90002 |
38,22869 |
f=300кГц |
||||||||
U1, В |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
U2, В |
0 |
0,172 |
0,324 |
0,418 |
0,511 |
0,569 |
0,591 |
0,604 |
U3, В |
0 |
0,00128 |
0,00242 |
0,00371 |
0,004896 |
0,006116 |
0,007305 |
0,008517 |
Lпер, дБ |
- |
15,28943 |
15,8097 |
17,1189 |
17,87278 |
18,87715 |
20,13128 |
21,28122 |
Lнапр, дБ |
- |
42,56637 |
42,53459 |
41,03605 |
40,37159 |
39,3729 |
38,15935 |
37,01501 |
U1, В |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
U2, В |
0,592 |
0,591 |
0,557 |
0,509 |
0,483 |
0,396 |
0,381 |
0,286 |
U3, В |
0,009775 |
0,010685 |
0,012188 |
0,013488 |
0,014618 |
0,015873 |
0,016948 |
0,017954 |
Lпер, дБ |
22,61537 |
23,6531 |
25,0829 |
26,6935 |
27,90468 |
30,32496 |
31,30406 |
34,3945 |
Lнапр, дБ |
35,6441 |
34,85626 |
33,19845 |
31,5354 |
30,38118 |
27,94072 |
27,03613 |
24,0441 |
Рис.2 Амплитудные характеристики для входа 2
Рис.3 Амплитудные характеристики для входа 3
Рис.4 Зависимость переходного ослабления от Uвх
Рис.5 Зависимость коэффициента направленности от Uвх
2) Построим графики частотных зависимостей напряжений на входах циркулятора. Построим графики зависимостей переходного ослабления и коэффициента направленности от частоты входного сигнала.
Табл.2. Частотные характеристики, характеристики переходного ослабления и коэффициента направленности при разных напряжениях U1
U1=0,1B |
Lперех, дБ |
Lнапр, дБ |
||
F, кГц |
U2 |
U3 |
||
0,01 |
0,1 |
0,00001 |
-8,686E-05 |
39,51037 |
1 |
0,099997 |
0,0001 |
0,00026058 |
39,51003 |
5 |
0,099085 |
0,0002 |
0,02008762 |
39,4738 |
100 |
0,099428 |
0,0004 |
0,35928147 |
40,27104 |
100 |
0,070676 |
0,002 |
11,2193494 |
28,58314 |
250 |
0,01 |
0,0005 |
10,5200479 |
26,13952 |
500 |
0,0025 |
0,00015 |
11,5036735 |
28,35845 |
U1= 4В |
Lперех, дБ |
Lнапр, дБ |
||
F, кГц |
U2 |
U3 |
||
0,01 |
3,969 |
0,0001 |
0,00217174 |
71,52472 |
1 |
3,9 |
0,0015 |
0,01086415 |
68,46807 |
5 |
3,8 |
0,005 |
0,484473 |
56,40729 |
100 |
0,7 |
0,003987 |
5,64243103 |
51,51291 |
100 |
0,06 |
0,0025 |
18,4526419 |
43,87697 |
250 |
0,01 |
0,002838 |
20,1028833 |
40,13932 |
500 |
0,005 |
0,004795 |
23,7752045 |
34,2866 |
U1= 12В |
Lперех, дБ |
Lнапр, дБ |
||
F, кГц |
U2 |
U3 |
||
0,01 |
6,742 |
0,0001 |
4,99883636 |
76,07048 |
1 |
6,742 |
0,003453 |
5,00784996 |
60,81524 |
5 |
2,874 |
0,004793 |
8,49816838 |
57,43457 |
100 |
1,346 |
0,004625 |
14,7628523 |
51,53277 |
100 |
0,06 |
0,00829 |
30,979631 |
29,11791 |
250 |
0,004 |
0,015259 |
34,9348557 |
22,92094 |
500 |
0,01 |
0,01384 |
37,233946 |
20,88013 |
Рис.6 Частотные характеристики для входа 2
Рис.7 Частотные характеристики для входа 3
Рис.8 Зависимость переходного ослабления от частоты
Рис.9 Зависимость коэффициента направленности от частоты
3) Построим графики напряжений на входах циркулятора от изменения сопротивлений в цепи обратной связи и во входной цепи ОУ3 циркулятора. Построим графики зависимостей параметров циркулятора (переходного ослабления и коэффициента направленности) от изменения сопротивлений циркулятора.
Изменения сопротивления R1 с помощью переключателя К1
Табл.3 Амплитудные характеристики, характеристики переходного ослабления и коэффициента направленности при разных напряжениях R, для переключателя К1
f= 1кГц |
|
Ключ К1 |
|
|
|
R = 0,8 кОм |
U3 |
U2 |
U1 |
Lперех |
Lнапр |
0,001348 |
0,999296 |
0,999474 |
0,00154704 |
57,40009 |
|
0,001289 |
1,999 |
1,999 |
0 |
63,8112 |
|
0,00123 |
2,999 |
2,999 |
0 |
67,74143 |
|
0,001163 |
3,998 |
3,999 |
0,002172287 |
70,72526 |
|
0,001103 |
4,997 |
4,999 |
0,003475746 |
73,12268 |
|
0,001072 |
5,998 |
6 |
0,002895779 |
74,95623 |
|
f= 1кГц |
Ключ К1 |
||||
R = 1 кОм |
U3 |
U2 |
U1 |
Lперех |
Lнапр |
0,001375 |
1 |
0,99973 |
-0,002345507 |
57,23395 |
|
0,001289 |
1,999 |
1,999 |
0 |
63,8112 |
|
0,001225 |
2,998 |
2,999 |
0,002896745 |
67,77391 |
|
0,001169 |
3,998 |
3,999 |
0,002172287 |
70,68057 |
|
0,001111 |
4,998 |
4,999 |
0,001737699 |
73,06164 |
|
0,001046 |
5,997 |
5,999 |
0,002896262 |
75,16805 |
|
f= 1кГц |
Ключ К1 |
||||
R = 1,2 кОм |
U3 |
U2 |
U1 |
Lперех |
Lнапр |
0,001339 |
0,998451 |
0,998775 |
0,002818137 |
57,45092 |
|
0,001287 |
1,999 |
1,999 |
0 |
63,82468 |
|
0,001264 |
3 |
3 |
0 |
67,50748 |
|
0,001186 |
3,999 |
4 |
0,002171744 |
70,55733 |
|
0,001098 |
4,997 |
4,999 |
0,003475746 |
73,16214 |
|
0,001058 |
5,998 |
5,999 |
0,00144801 |
75,07042 |
|
Рис.10 Амплитудные характеристики входа 2 для разных положений переключателя К1
Рис.11 Амплитудные характеристики входа 3 для разных положений переключателя К1
Рис.12 Зависимость переходного ослабления от Uвх для разных положений переключателя К1
Рис.13 Зависимость коэффициента направленности от Uвх для разных положений переключателя К1
Изменения сопротивления R2 с помощью переключателя К2
Табл.4 Амплитудные характеристики, характеристики переходного ослабления и коэффициента направленности при разных напряжениях R, для переключателя К2
f= 1кГц |
Ключ К2 |
||||
R = 0,51 кОм |
U3 |
U2 |
U1 |
L перех |
L напр |
0,0006895 |
0,9995 |
0,999986 |
0,004222 |
63,22459 |
|
0,0006611 |
1,999 |
2 |
0,004344 |
69,61081 |
|
0,000619 |
2,998 |
2,999 |
0,002897 |
73,70281 |
|
0,0005946 |
3,998 |
3,999 |
0,002172 |
76,55228 |
|
0,0005595 |
4,997 |
4,999 |
0,003476 |
79,01809 |
|
0,0005395 |
5,998 |
5,999 |
0,001448 |
80,92083 |
|
f= 1кГц |
Ключ К2 |
||||
R = 1 кОм |
U3 |
U2 |
U1 |
L перех |
L напр |
0,001032 |
0,999901 |
0,99971 |
-0,00166 |
59,72555 |
|
0,0009876 |
2 |
2 |
0 |
66,12866 |
|
0,0009241 |
2,999 |
2,999 |
0 |
70,225 |
|
0,0008703 |
3,997 |
3,999 |
0,004345 |
73,24087 |
|
0,0008408 |
4,998 |
4,999 |
0,001738 |
75,48189 |
|
0,0008015 |
5,998 |
6 |
0,002896 |
77,48205 |
|
f= 1кГц |
Ключ К2 |
||||
R = 2 кОм |
U3 |
U2 |
U1 |
L перех |
L напр |
0,001344 |
0,998982 |
0,999216 |
0,002034 |
57,42317 |
|
0,001289 |
1,999 |
1,999 |
0 |
63,8112 |
|
0,001225 |
2,998 |
2,999 |
0,002897 |
67,77391 |
|
0,001169 |
3,998 |
3,999 |
0,002172 |
70,68057 |
|
0,001111 |
4,998 |
4,999 |
0,001738 |
73,06164 |
|
0,001046 |
5,997 |
5,999 |
0,002896 |
75,16805 |
|