ФУУМЭ / циркуляторМ

МИНОБРНАУКИ 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. 4201		Мальцев С.
		Энтин В.

Преподаватель

Тупицын А.Д.

Санкт-Петербург

2017

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, подключѐнные к вывода 1 и 7.

Экспериментальные результаты:

Таблица 1: Амплитудные характеристики для частоты 100 Гц

U1, B	10.1	8.93	7.53	6.29	5.7	4.78	4.35	3.98	2.9	0
U2, B	6.45	6.1	5.67	5.23	4.99	4.52	4.21	3.94	1.24	0
U3, B	0.075	0.072	0.049	0.028	0.021	0.019	0.02	0.02	0.02	0
Lперех, дБ	3.90	3.31	2.46	1.60	1.16	0.49	0.28	0.09	7.38
Lнапр, дБ	38.69	38.56	41.27	45.43	47.52	47.53	46.47	45.89	35.85

Таблица 2: Амплитудные характеристики для частоты 1000 Гц

U1, B	9.83	8.89	7.48	5.42	4.69	4.6	3.95	3.14	2.52	1.17	0
U2, B	5.88	5.72	5.46	4.89	4.51	4.47	4.01	3.25	2.62	1.21	0
U3, B	0.065	0.063	0.058	0.053	0.037	0.026	0.021	0.02	0.02	0.02	0
Lперех, дБ	4.46	3.83	2.73	0.89	0.34	0.25	-0.13	-0.30	-0.34	-0.29
Lнапр, дБ	39.13	39.16	39.48	39.30	41.72	44.71	45.62	44.22	42.35	35.64

Таблица 3: Амплитудные характеристики для частоты 10 кГц

U1, B	9.65	8.62	7.88	6.01	5.62	4.41	3.7	2.1	1.5	0.51	0
U2, B	5.5	4.84	4.31	3.358	3.32	4.19	3.96	2.03	1.453	0.48	0
U3, B	0.047	0.041	0.03	0.03	0.028	0.033	0.027	0.024	0.021	0.01	0
Lперех, дБ	4.88	5.01	5.24	5.06	4.57	0.44	-0.59	0.29	0.28	0.53
Lнапр, дБ	41.37	41.44	43.15	40.98	41.48	42.07	43.33	38.55	36.80	33.62

Таблица 4: Амплитудные характеристики для частоты 100 кГц

U1, B	9.18	8.48	7.45	6.12	4.4	2.57	1.72	1	0.89	0.33	0
U2, B	0.386	0.358	0.314	0.295	0.288	0.28	0.276	0.275	0.191	0.022	0
U3, B	0.027	0.021	0.021	0.021	0.02	0.019	0.019	0.02	0.02	0.02	0
Lперех, дБ	27.53	27.49	27.50	26.34	23.68	19.26	15.89	11.21	13.37	23.52
Lнапр, дБ	23.10	24.63	23.49	22.95	23.17	23.37	23.24	22.77	19.60	0.83

Таблица 5: Частотные характеристики для нелинейного режима (U1 = 8.93 B):

Таблица 6: Частотные характеристики для линейного режима

(U1 = 2.08 B):

Таблица 7: Амплитудные характеристики для частоты 1000 Гц при положениях выключателей К1 = 3 и К2 = 1

U1, B	9.72	8.8	7.71	6.35	4.77	4.06	3.73	2.49	1.96	0.94	0.113	0.002
U2, B	5.92	5.76	5.55	5.2	4.55	4.11	3.8	2.609	2.05	0.98	0.118	0.022
U3, B	0.097	0.095	0.093	0.088	0.078	0.072	0.067	0.049	0.039	0.026	0.022	0.02
Lперех, дБ	4.31	3.68	2.86	1.74	0.41	-0.11	-0.16	-0.41	-0.39	-0.36	-0.38	-20.83
Lнапр, дБ	35.71	35.65	35.52	35.43	35.32	35.13	35.07	34.53	34.41	31.53	14.59	0.83

Таблица 8: Амплитудные характеристики для частоты 1000 Гц при положениях выключателей К1 = 2 и К2 = 3

U1, B	9.8	8.64	7.25	5.91	4.62	3.88	2.84	1.74	0.85	0.002
U2, B	5.86	5.67	5.41	4.79	4.44	3.89	2.965	1.812	0.88	0.022
U3, B	0.026	0.027	0.026	0.025	0.024	0.023	0.023	0.022	0.021	0.021
Lперех, дБ	4.47	3.66	2.54	1.83	0.35	-0.02	-0.37	-0.35	-0.30	-20.83
Lнапр, дБ	47.06	46.44	46.36	45.65	45.34	44.56	42.21	38.31	32.45	0.40

Для расчёта использовались следующие формулы:

Обработка результатов:

Рис.2: Амплитудные характеристики для входа 2

Рис.3: Амплитудные характеристики для входа 3

Рис.4: Частотные характеристики для входа 2

Рис.5: Частотные характеристики для входа 3

Рис. 6: Зависимость переходного ослабления от Uвх

Рис.7: Зависимость коэффициента направленности от Uвх

Рис.8: Зависимость переходного ослабления от частоты

Рис.9: Зависимость коэффициента направленности от частоты.

Рис.10: Амплитудные характеристики входа 2 для разных положений переключателей

Рис.11: Амплитудные характеристики входа 3 для разных положений переключателей

Рис.12:Зависимость переходного ослабления от Uвх для разных положений переключателей

Рис.13:Зависимость коэффициента направленности от Uвх для разных положений переключателей

Вывод: Рисунки 2 и 3 позволяют сделать вывод, что с увеличением частоты амплитудные характеристики циркулятора переходят в насыщение при меньших значениях Uвх. При увеличении частоты выше 20 кГц напряжение U2 при неизменном U1 начинает уменьшаться (см. рис.4 и 5). Из рисунков 6 и 7 видно, что с увеличением частоты входного сигнала выше нескольких кГц сильно растёт переходное ослабление и уменьшается коэффициент направленности. Из частотных характеристик (рис. 7 и 8 )также видно, что при частоте входного сигнала около 150 кГц частотные зависимости переходного ослабления и коэффициента направленности переходят в насыщение. Циркулятор в нелинейном режиме обладает более высоким переходным ослаблением. Частотные зависимости коэффициента направленности дли линейного и нелинейного режимов примерно одинаковы.