ФУУМЭ / FUiU_laba_3
.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. 4201 |
|
Репин В. |
|
|
Глазырин Я. |
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 |
9.1 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
U2, B |
6.42 |
6.04 |
5.73 |
5.36 |
4.66 |
4 |
3.058 |
2.11 |
1 |
0 |
U3, B |
0.075 |
0.071 |
0.067 |
0.064 |
0.056 |
0.049 |
0.039 |
0.03 |
0.019 |
0 |
Lперех, дБ |
3.03 |
2.44 |
1.74 |
0.98 |
0.61 |
0.00 |
-0.17 |
-0.47 |
0.00 |
|
Lнапр, дБ |
38.65 |
38.60 |
38.64 |
38.46 |
38.40 |
38.24 |
37.89 |
36.94 |
34.42 |
|
Таблица 2: Амплитудные характеристики для частоты 1000 Гц
U1, B |
8.8 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
U2, B |
5.9 |
5.74 |
6.52 |
5.23 |
4.83 |
4.17 |
3.256 |
2.09 |
1.07 |
0 |
U3, B |
0.07 |
0.066 |
0.065 |
0.061 |
0.057 |
0.05 |
0.043 |
0.03 |
0.023 |
0 |
Lперех, дБ |
3.47 |
2.88 |
0.62 |
1.19 |
0.30 |
-0.36 |
-0.71 |
-0.38 |
-0.59 |
|
Lнапр, дБ |
38.52 |
38.79 |
40.03 |
38.66 |
38.56 |
38.42 |
37.58 |
36.86 |
33.35 |
|
Таблица 3: Амплитудные характеристики для частоты 10 кГц
U1, B |
9.6 |
8.9 |
7.96 |
6.83 |
5.81 |
4.79 |
3.75 |
2.9 |
1.96 |
1.03 |
0 |
U2, B |
5.02 |
5.15 |
4.54 |
3.63 |
3.517 |
3.423 |
4.15 |
2.957 |
1.966 |
1.043 |
0 |
U3, B |
0.043 |
0.037 |
0.032 |
0.027 |
0.028 |
0.028 |
0.032 |
0.027 |
0.026 |
0.02 |
0 |
Lперех, дБ |
5.63 |
4.75 |
4.88 |
5.49 |
4.36 |
2.92 |
-0.88 |
-0.17 |
-0.03 |
-0.11 |
|
Lнапр, дБ |
41.34 |
42.87 |
43.04 |
42.57 |
41.98 |
41.74 |
42.26 |
40.79 |
37.57 |
34.35 |
|
Таблица 4: Амплитудные характеристики для частоты 50 кГц
U1, B |
8.4 |
7.6 |
7 |
6 |
5 |
3.8 |
2.45 |
1.7 |
0.57 |
0 |
U2, B |
0.9 |
1.06 |
1.125 |
1.138 |
1.132 |
1.18 |
1.09 |
1.09 |
0.76 |
0 |
U3, B |
0.092 |
0.064 |
0.026 |
0.019 |
0.018 |
0.019 |
0.019 |
0.018 |
0.019 |
0 |
Lперех, дБ |
19.40 |
17.11 |
15.88 |
14.44 |
12.90 |
10.16 |
7.03 |
3.86 |
-2.50 |
|
Lнапр, дБ |
19.81 |
24.38 |
32.72 |
35.55 |
35.97 |
35.86 |
35.17 |
35.64 |
32.04 |
|
Таблица 5: Амплитудные характеристики для частоты 100 кГц
U1, B |
9.03 |
8 |
7 |
5.94 |
4.95 |
3.96 |
2.98 |
1.98 |
1.02 |
0.02 |
0 |
U2, B |
0.392 |
0.327 |
0.312 |
0.305 |
0.302 |
0.298 |
0.297 |
0.293 |
0.284 |
0.019 |
0 |
U3, B |
0.026 |
0.023 |
0.02 |
0.019 |
0.019 |
0.019 |
0.02 |
0.019 |
0.02 |
0.023 |
0 |
Lперех, дБ |
27.25 |
27.77 |
27.02 |
25.79 |
24.29 |
22.47 |
20.03 |
16.60 |
11.11 |
0.45 |
|
Lнапр, дБ |
23.57 |
23.06 |
23.86 |
24.11 |
24.03 |
23.91 |
23.43 |
23.76 |
23.05 |
-1.66 |
|
Таблица 6: Амплитудные характеристики для частоты 500 кГц
U1, B |
9.85 |
8.47 |
7.93 |
6.98 |
6 |
4.95 |
3.71 |
2.94 |
2 |
0.93 |
0 |
U2, B |
1.74 |
1.8 |
0.158 |
0.04 |
0.039 |
0.029 |
0.025 |
0.026 |
0.024 |
0.024 |
0 |
U3, B |
0.025 |
0.022 |
0.023 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
0.019 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
0 |
Lперех, дБ |
15.06 |
13.45 |
34.01 |
44.84 |
43.74 |
44.64 |
43.43 |
41.07 |
38.42 |
31.77 |
|
Lнапр, дБ |
36.85 |
38.26 |
16.74 |
6.02 |
5.80 |
3.23 |
2.38 |
2.28 |
1.58 |
1.58 |
|
Таблица 7: Частотные характеристики для нелинейного режима (U1 = 4.5 B):
Таблица 8: Частотные характеристики для линейного режима (U1 = 0.5 B):
Таблица 9: Амплитудные характеристики для частоты 1000 Гц при положениях выключателей К1 = 1 и К2 = 2
U1, B |
11.83 |
9.89 |
8.9 |
7.89 |
7 |
6 |
5.2 |
4 |
2.85 |
1.96 |
1.02 |
0.51 |
U2, B |
5.85 |
5.41 |
5.17 |
5.06 |
4.87 |
4.7 |
4.46 |
4.25 |
3.26 |
2.29 |
1.24 |
0.688 |
U3, B |
0.098 |
0.091 |
0.087 |
0.085 |
0.083 |
0.08 |
0.076 |
0.073 |
0.058 |
0.042 |
0.026 |
0.021 |
Lперех, дБ |
6.12 |
5.24 |
4.72 |
3.86 |
3.15 |
2.12 |
1.33 |
-0.53 |
-1.17 |
-1.35 |
-1.70 |
-2.60 |
Lнапр, дБ |
35.52 |
35.48 |
35.48 |
35.49 |
35.37 |
35.38 |
35.37 |
35.30 |
35.00 |
34.73 |
33.57 |
30.31 |
Таблица 10: Амплитудные характеристики для частоты 1000 Гц при положениях выключателей К1 = 2 и К2 = 3
U1, B |
11.82 |
10.75 |
9.19 |
7.15 |
5.33 |
3.32 |
2.42 |
1.71 |
0.9 |
0.25 |
U2, B |
5.85 |
5.64 |
5.34 |
4.94 |
4.55 |
3.703 |
2.828 |
2.058 |
1.156 |
0.43 |
U3, B |
0.026 |
0.027 |
0.026 |
0.025 |
0.024 |
0.023 |
0.023 |
0.022 |
0.019 |
0.02 |
Lперех, дБ |
6.11 |
5.60 |
4.72 |
3.21 |
1.37 |
-0.95 |
-1.35 |
-1.61 |
-2.17 |
-4.71 |
Lнапр, дБ |
47.04 |
46.40 |
46.25 |
45.92 |
45.56 |
44.14 |
41.80 |
39.42 |
35.68 |
26.65 |
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.