Воронов Лабораторный практикум по курсу Електротехн 2012

нося результаты измерений в табл. 152, и построить ее в координатных осях (см. рис. 15.6).

7. Снять амплитудную характеристику усилителя, занося результаты измерений в табл. 15.3, и построить ее в координатных осях (см. рис. 15.7).

Методические указания

1. При выполнении работы используют: R3 = 1 кОм; R4 = 200 Ом; R5 = 2 кОм; С2 = 100 мкФ; V1 – транзистор МП40.

R1 и R2 рассчитывают по формулам (15.2)–(15.4).

Емкость конденсаторов C1, С3 и С4 задают в трех вариантах:

1)С1 = 0,1 мкФ; С3 = 10 мкФ; С4 = 0,01 мкФ;

2)С1 = 10 мкФ; С3 = 0,1 мкФ; С4 = 0,1 мкФ;

3)С1 = С3 = 10 мкФ; С4 = 0,01 мкФ.

2.После расчета сопротивлений резисторов R1 и R2 в схему устанавливают резисторы из комплекта съемных элементов стенда, близкие по сопротивлению к рассчитанным, причем оба резистора должны быть или больше, или меньше. В качестве корректирующего берут переменный резистор R1 = 22 кОм.

3.Для расчета режима базовой цепи следует принять ЕС = 10 В,

анапряжение на коллекторе транзистора установить равным 5 В. Измерения в схеме выполняют АВМ2 (на пределах "10 В", "5 В",

"1 В" и "0,5 В"). Ток базы IВр.т. определяют по входной характеристике транзистора, снятой в работе № 11, а ток коллектора рассчитывают по формуле

4. В качестве источника входного сигнала используют ГНЧ стенда, выходное напряжение которого измеряют ИВ (предел измерения 1 В эффективного значения). Частоту выходного сигнала измеряют ЧМ стенда, для чего переключатель ИВ устанавливают в положение "ЧМ", а тумблер "ЧМ-ГНЧ" – в положение "ГНЧ". Выходное напряжение усилителя измеряют осциллографом, а при напряжениях, меньше 1 Вэфф. – милливольтметром MB стенда. Источник питания схемы – ГН стенда.

141

5. Снимают две амплитудные характеристики на частоте 1000 Гц для схемы по варианту 3; при снятии второй характеристики сопротивление резистора R1 следует увеличить вдвое.

Контрольные вопросы

1.Что происходит с рабочей точкой при увеличении сопротивления резисторов R1 и R2?

2.Какие элементы схемы влияют на АЧХ в области нижних (верхних) частот?

3.Каковы пути расширения частотного диапазона усилителя в области нижних (верхних) частот?

4.Почему транзисторный каскад требует больших по номиналу разделительных конденсаторов С1 и С2 для получения одинаковых

сламповым усилителем АЧХ в области нижних частот?

5.Как проявляют себя нелинейные искажения в процессе усиление синусоидальных сигналов?

6.Для чего каскады согласуют по мощности?

7.В каком режиме работает коллекторная цепь транзистора?

8.Как изменится усиление каскада, если исключить конденсатор С21?

142

Лабораторная работа 16

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ И МОСТОВЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Цель работы: экспериментальное исследование дифференциальных и мостовых усилителей.

Теоретическая часть

Дифференциальные усилители (ДУ) находят применение в качестве масштабирующих преобразователей для датчиков с малым выходным сигналом в условиях сильных промышленных помех, например, термопар, тензометров сопротивлений, емкостных датчиков, датчиков биотоков и т.п. Простейшая схема ДУ изображена на рис. 16.1. Делитель напряжения на входе используется для того, чтобы коэффициенты усиления сигналов U1 и U2 сделать равными. Выходное напряжение определяется выражением:

ранен за счет использования двух ОУ. В этой схеме входное сопротивление ДУ равно входному сопротивлению ОУ. Выходное напряжение усилителя определяется выражением:

U0 = (U2 – U1)(1 + R2/R1).

Сопротивление R3 выбирается из условия минимизации влияния паразитных входных токов усилителей; в первом приближении

R3 = R1||R2.

143

стивного), а его питание осуществляется от источника Up как постоянного, так и переменного тока. Выходное напряжение схемы на рис. 15.3 определяется выражением:

Зависимость U0 от R нелинейна, как и для любого неравновесного моста. Поэтому такая схема применяется только при малых относительных приращениях R/R. Мостовой усилитель с линейной амплитудной характеристикой показан на рис. 16.4.

Рис. 16.4

Эта мостовая схема относится к классу линейных. Ее выходное напряжение определяется выражением:

U0 = rUp . (16.2)

R(R + R1 )

Приборы и оборудование

1.Системный блок.

2.Монитор.

145

3.Принтер.

4.Программа Multisim 8 Electronics Workbench.

Порядок выполнения работы

1.Приступая к выполнению данной лабораторной работы необходимо запустить программу ELECTRONICS WORKBENCH.

2.Открыть файл «Моделирование подавления сигнала синфазной помехи в ДУ.ms8»

3.Провести моделирование ДУ (рис. 16.5) при напряжении помехи в обоих каналах 5 В. Измерить напряжение помехи на выходе (выполняется при минимальном значении полезного сигнала, например 1 мкВ). Если результаты измерения не будут соответствовать данным расчета, объяснить причину (внимательно просмотреть список параметров выбранного ОУ, обратив особое внимание

на значение Kос.сф).

Рис. 16.5

В качестве примера оценим помехозащищенность схемы на рис. 16.3 при следующих значениях параметров:

-входной дифференциальный сигнал U2 – U1 = 10 мВ (частота

500 Гц);

-синфазная помеха Uп = U2 = U1 = 5 В (частота 50 Гц);

-примем типичное для ОУ значение Kос.сф = 80 Дб = 10000;

146

-при указанных на схеме значениях сопротивления резисторов коэффициент усиления напряжения Ku = 1;

-для полезного сигнала получаем U0 = 10 мВ;

-для синфазной помехи U0 = UпKu/Kос.сф мВ.

Для моделирования процесса подавления синфазной помехи используем схему на рис. 9.5, в которой полезный сигнал формируется импульсным генератором (скважность сигнала равна 2, амплитуда импульса 10 мВ, подключение источника UС к дифференциальным зажимам U1, U2 в программе EWB не допускается). Параметры напряжения помехи Uп можно варьировать в широких пределах, в том числе менять и фазу, что часто встречается на практике, когда не удается полностью симметрировать токопроводящие провода. В предположении, что такая асимметрия имеет место, для ее имитации в верхнем источнике напряжение помехи увеличено на 5 мВ. Полученные при этом результаты измерений показаны на рис. 16.6.

Рис. 16.6

147

Для схемы на рис. 16.3 с помощью формулы (16.1) рассчитайте зависимость U0 = F(R) при изменении R в диапазоне 0,01...0,5 кОм и затем проверьте моделированием при напряжении питания моста Up = l В. Найдите ошибку, допущенную в этой схеме, сравнив ее со схемой на рис. 16.5.

После определения ошибки выберите такие сопротивления резисторов моста, чтобы они не оказывали существенного влияния на коэффициент передачи ДУ.

4. Проведите моделирование схемы «Мостовой усилит. с линейной ампл. характеристикой.ms8» на рис. 16.4 и проверьте справедливость выражения (16.2).

Откройте файл «Мостовой усилит. с линейной ампл. характеристикой.ms8» (рис. 16.7). Объясните, за счет чего в этой схеме обеспечивается линейная зависимость выходного напряжения от приращения сопротивления R.

Рис. 16.7

148

Контрольные вопросы

1.Что такое синфазная помеха, как она проявляется в дифференциальном, инвертирующем и неинвертирующем усилителях?

2.Какая разница между дифференциальными и мостовыми усилителями?

Литература

1.Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. М.: Солон-Р,

1999.

2.Панфилов Д.И., Иванов В.С., Чепурин И.Н. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на ЕlectRonIcs WoRkbench. В 2 т./ Под общей ред. Д.И. Панфилова. Т.2. Электроника.

М.: ДОДЭКА, 2000.

3.Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники: Учеб. пособие для студ. неэлектротехн. спец. средних спец. учеб. заведений. М.: Высшая школа, 1998.

4.Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1978.

5.Кардашев Г.А. Виртуальная электроника. М.: Горячая линияТелеком, 2007.

149

Лабораторная работа 17

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ И ПАРАМЕТРОВ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ И КОМПАРАТОРА

Цель работы: изучение основных свойств и параметров операционных усилителей выполненных в виде интегральных микросхем, а также исследование важнейших типов усилительных схем, в которых они используются.

Теоретическая часть

Основным «строительным материалом» в современной электронике являются интегральные микросхемы (ИС). Наиболее часто используемым усилителем, выполненным в виде ИС является операционный усилитель.

Операционный усилитель (ОУ) – это модульный многокаскадный усилитель постоянного тока с дифференциальным входом, предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми величинами.

Ему присущи следующие характеристики:

•большой коэффициент усиления (от десятков до сотен ты-

сяч);

•широкая полоса пропускания от (10 г до 10 Мг);

•высокое входное сопротивление;

•низкое выходное сопротивление;

•малый дрейф нуля;

•высокая степень подавления синфазных сигналов;

•несимметричный выход.

Условные обозначения ОУ приведены на рис. 17.1. Показанный усилитель имеет один выходной вывод и два входных. Знак ха-

рактеризует усиление. Вход, напряжение на котором сдвинуто по фазе на 180° относительно выходного напряжения, называется инвертирующим и обозначается знаком инверсии в виде окружности на соответствующем выводе.

150