Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроника и схемотехника. Методические указания к лабораторным работам.pdf
Лабораторная работа 10.
CRf⋅⋅⋅
=
π
2
1
0
Исследование RC-генераторов
1 Цель работы
Изучить принцип действия и влияние элементов схемы на основные ха-
рактеристики и параметры RC-генератора.
2 Подготовка к работе
2.1 Изучить следующие вопросы курса:
– условия возникновения колебаний в автогенераторе;
– RC-генераторы на основе операционного усилителя;
– RC-генераторы со стабилизацией амплитуды генерируемых колебаний;
– RC-генераторы с электронной перестройкой частоты.
2.2 Ответить на следующие вопросы:
– пояснить принцип действия и условия возникновения колебаний в RCгенераторе;
– изобразить принципиальную схему и пояснить назначение элементов
генератора с мостом Вина;
– изобразить принципиальную схему и пояснить принцип действия RCгенератора со стабилизацией амплитуды генерируемых колебаний;
– изобразить принципиальную схему и пояснить принцип действия гене-
ратора с электронной перестройкой частоты.
3 Литература
3.1 Игнатов А.Н. и др. Классическая электроника и наноэлектроника. –
М.: Флинта: Наука, 2009. – С. 198-203.
3.2 Игнатов А.Н. и др. Основы электроники. СибГУТИ, Новосибирск,
2005. – С.137-140.
3.3 Бакалов В.П., Игнатов А.Н., Крук Б.И. Основы ТЭЦ и электроники. –
М.: Радио и связь, 1989.
3.4 Игнатов А.Н. Микроэлектронные устройства связи и радиовещания. –
М.: Томск, Радио и связь, 1990.
3.5 Конспект лекций.
4 Задание к работе в лаборатории
4.1 Вариант задания выбирается согласно указаниям преподавателя в
приложении А.
4.2. Рассчитать квазирезонансную частоту RC цепи Вина по формуле
4.3 Снять АЧХ полосовой фазирующей RC-цепи, изображенной на рисунке 1. С этой целью подключить к входу цепи генератор G~ и к выходу
вольтметр
61
f, кГц
0,1⋅f0
0,25⋅f0
0,5⋅f0
0,7⋅f0
f0
1,4⋅ f0
2⋅f0
5⋅f0
10⋅f0
U
ВЫХ
, В
К
U
Рис. 1. Принципиальная схема полосовой фазирующей RC-цепи
переменного напряжения PV~. Установить напряжение генератора 1В. Меняя
частоту генератора, определить квазирезонансную частоту f
полосовой фази-
0
рующей цепи по максимальному показанию вольтметра. Затем, задаваясь зна-
чениями частот генератора 0,1⋅f
, 0,25⋅f0,0,5⋅f0, 0,7⋅f0,f0,1,4⋅f0, 2⋅f0, 5⋅f0, 10⋅f
0
0 ,
про-
вести измерения выходных напряжений. Результаты измерений привести в таб-
лице 1. Рассчитать коэффициент передачи цепи.
Табл. 1. АЧХ фазирующей RC-цепи
Для получения АЧХ можно воспользоваться методом экспресс-анализа:
в опции Analysis выбрать ACFrequency и т.д. (см. лаб. раб. «Исследование активных фильтров).
4.4 Собрать схему RC-генератора, приведенную на рисунке 2.
Рис. 2. Принципиальная схема RC-генератора
62
С помощью осциллографа зарисовать форму колебаний генератора, опре-
U
УПР
, В
Т, мкс
f, кГц
делить период генерируемых колебаний и вычислить частоту. Вольтметром из-
мерить выходное напряжение генератора.
Изменяя величину сопротивления резистора R1 определить:
1) при каком значении R1 происходит срыв колебаний,
2) и при каком значении R1 появляются заметные нелинейные искажения
(зарисовать их).
4.5 Собрать схему RC-генератора со стабилизацией амплитуды генери-
руемых колебаний (рисунок 3). Зарисовать форму колебаний генератора. Измерить выходное напряжение генератора при R1=1 кОм и R1=10 кОм. Определить
частоту генерируемых колебаний.
Рис. 3. Принципиальная схема RC-генератора
со стабилизацией амплитуды
4.6 Собрать схему генератора с электронной перестройкой частоты, при-
веденную на рисунок 4. Величину R1 подобрать таким образом, чтобы гармо-
нический сигнал не имел искажений. Снять зависимость частоты генерируемых
колебаний от управляющего напряжения. Частоты генерируемых колебаний
определять с помощью осциллографа, измеряя период колебаний Т. Результаты
оформить в виде таблицы 3.
Табл. 3. Генерируемые частоты генератора с электронной перестройкой
63
Рис. 4. Принципиальная схема RC-генератора
Вариант
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11
12
13
14
15
R, кОм
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
C, нФ
2,4
2,3
2,2
2,1
2,0
1,9
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1
с электронной перестройкой частоты
5 Указания к составлению отчета
5.1 Указать вариант выполненного задания.
5.2 Привести АЧХ полосовой фазирующей цепи.
5.3 Привести схемы исследуемых генераторов, таблицы с результатами
измерений, осциллограммы напряжений.
5.4 Привести модуляционную характеристику генератора f=F(U
электронной перестройкой частоты.
5.5 Сделать выводы по проделанной работе.
Приложение А
Табл. 1. Варианты задания
) с
УПР
64
Лабораторная работа 11.
Исследование перемножителя на полевых транзисторах
1 Цель работы
Исследовать принцип работы функционального перемножителя на поле-
вых транзисторах, его характеристики и параметры, применение.
2 Подготовка к работе
2.1 Изучить следующие вопросы курса:
– принципиальные схемы перемножителей на БТ и ПТ, их характеристи-
ки и параметры;
– области применения перемножителей;
– спектры и формы сигналов на входах и на выходе перемножителя;
– квадратор на основе перемножителя, спектры и формы сигналов на
входе и на выходе;
– делитель на основе перемножителя, спектры и формы сигналов на вхо-
де и на выходе;
– извлечение квадратного корня на основе перемножителя, спектры и
формы сигналов на входе и на выходе;
– амплитудные и фазовые модуляторы, спектры и формы сигналов на
входах и на выходе.
2.2 При подготовке рекомендуется ответить на контрольные вопросы:
– сравнительная оценка перемножителей на БТ и ПТ;
– амплитудные модуляторы на основе перемножителя (с несущей часто-
той, подавленной несущей и одной боковой). Спектры и формы сигналов на
входах и на выходе модулятора;
– фазовый модулятор на основе перемножителя. Спектры и формы сиг-
налов на входах и на выходе модулятора;
– фазовый демодулятор на основе перемножителя. Спектры и формы
сигналов на входах и на выходе устройства.
3 Литература
3.1 Игнатов А. Н. и др. Классическая электроника и наноэлектроника. –
М.: Флинта: Наука, 2009. – С. 344-349.
3.2 Конспект лекций.
4 Описание принципиальной схемы перемножителя
Исследуется перемножитель на основе ПТ, принципиальная схема которого приведена на рис. 1. Непосредственно перемножитель состоит из трех дифференциальных усилителей (ДУ) на транзисторах VT5-VT7, VT9-VT11 и общего источника тока на транзисторе VT8. Два из них включены параллельно с
общей нагрузкой (резисторы R5 и R6). Перекрестные связи коллекторов транзисторов VT5, VT7, VT9 и VT11 обеспечивают инверсию сигналов, необходимую для четырехквадрантного перемножения. Третий ДУ (VT6 и VT10) включен последовательно с двумя первыми.
65
Рис. 1. Принципиальная схема перемножителя
Входное напряжение U
подается непосредственно на базы двух диф-
ВХ2
ференциальных усилителей. Входные каскады на транзисторах VT1-VT4 выполняют функцию сдвига уровня сигнала U
на вход третьего дифференци-
ВХ1
ального каскада (VT6, VT10).
Транзисторы VT12-VT15 являются схемой сдвига уровня выходного сиг-
нала перемножителя для получения нулевого напряжения на выходе всего уст-
66
ройства. Операционный усилитель DA1 обеспечивает переход симметричного
ПТ
U
, В
U
, В
U
, В
U
, В
К
выхода перемножителя к несимметричному выходу перемножителя
Питание микросхемы осуществляется от двух источников U
U
=-15 В, обеспечивающих четырехквадрантное выходное напряжение.
П2
=+15 В и
П1
В процессе исследования используются также генераторы постоянного и
переменного тока, вольтметры и осциллограф.
5 Задание на работу в лаборатории
5.1 Вариант задания даны в приложении А и выбирается согласно указаниям преподавателя.
5.2 Для исследования перемножителя из папки «Перемножитель» извлечь
файл «Рис. 1». Установить транзисторы перемножителя VT5-VT11 согласно заданного варианта. Подключить источники питанияU
П1=UП2
=15 В. Затем при
нулевых напряжениях на входах подобрать резисторы R5 = R6 такой величины,
чтобы постоянное напряжение на коллекторах этих транзисторов составляло 78 вольт.
5.3 Снять характеристику прямой передачи. Для этого на вход 1 подать
пилообразное напряжение от универсального генератора G1 (рисунок 2), а на
вход 2 постоянное напряжение U
≈0,25∙ U
ВХ2
ного сигнала установить равной напряжению отсечки ПТU
В (G2). Амплитуду пилообраз-
ЗИ0
ВХ1
= U
.Частоту f1
ЗИ0
и длительность прямого хода 95%.
Определить максимальные напряжения, подаваемое на вход и получаемое
на выходе перемножителя, при котором характеристика линейная.
Результат занести в таблицу 2.
Рис. 2. Схема исследования перемножителя
Табл. 2. Результаты исследования характеристики прямой передачи
ЗИ0
ВХ1
ВХ2max
ВЫХmax
П
Повторить эксперимент при постоянном напряжении U
Определить коэффициент передачи К
перемножителя на линейном участке.
П
67
ВХ2
≈0,5∙ U
ЗИ0
В.
5.4 На вход 1 подать пилообразный сигнал с частотой f1и напряжением
0,25∙ U
сигнал частотой f
. Источник смещения G0 исключить. На вход 2 подать гармонический
ЗИ0
и напряжением U
2
≈0,25∙ U
ВХ1
. Зафиксировать осцилло-
ЗИ0
грамму на выходе перемножителя.
5.5 На вход 1 подать гармонический сигнал частотой f
U
ВХ1
≈0,25∙ U
, а также источник смещения G0 с такой же амплитудой. На
ЗИ0
вход 2 подать гармонический сигнал с частотой f
и напряжением 0,25∙ U
2
и напряжением
1
.
ЗИ0
Зафиксировать осциллограмму на выходе перемножителя и определить
спектр частот, используя функцию Анализ Фурье.
5.6 Повторить эксперимент при напряжении U
=0,1∙ U
ВХ1
. Зафиксиро-
ЗИ0
вать осциллограмму на выходе перемножителя и определить спектр частот, используя функцию Анализ Фурье.
5.7 На вход 1 подать прямоугольные импульсы с частотой f
нием U
≈0,25∙ U
ВХ1
. Зафиксировать осциллограмму на выходе перемножителя
ЗИ0
и напряже-
1
и определить спектр частот, используя функцию Анализ Фурье.
6 Указания к составлению отчета
6.1 Указать вариант выполненного задания с указанием параметров ПТ.
6.2 Привести характеристику прямой передачи с указанием максимально-
го входного напряжения.
6.3 Привести схемы исследования применения перемножителя, осцилло-
граммы напряжений на выходе и спектры выходного напряжения.
6.4 Сделать выводы по проделанной работе.
Приложение А
Характеристику прямой передачи можно получить методом экспресс-
анализа.
В опции Analysis выбрать ParameterSweep… В окнах установить сле-
дующие значения:
ComponentV1 – источник изменяемого напряжения;
Parameter
Startvalue 0,5V – начальное напряжение;
Endvalue 0,5V – конечное напряжение;
SweeptypeLinear – линейное изменение напряжения;
Incrementstepsize 0,1V – шаг изменения напряжения;
Outputnode23 – номер точки на выходе перемножителя (номер точки за-
висит от последовательности сборки схемы и может иметь другое значение.
Узнать номер точки можно, выделив правой клавишей мыши ComponentPro-
perties
…);
DCOperatingPoint – измерение проводится на постоянном напряжении.
Анализ начинается с команды Simulate.
68
Табл. 1. Варианты задания для исследования перемножителя.
Вариант
1 2 3 4 5
6
ПТ
КР303А
КР303В
КР303V
КР303Z
КР307А
КР307B
U
ЗИ0
, В
-2
-2,5
-3
-3
-2,75
-3
f1, кГц
f2, кГц
Вариант
7 8 9
10
11
12
ПТ
КР307E
КР308A
КР308B
КР308D
КР308G
КР308V
U
ЗИ0
, В
-2,25
-0,5
-0,75
-1,75
-2
-1,5
f1, кГц
f2, кГц
69
Лабораторная работа 12.
Исследование схемы оптимального сложения параллельных сигна-
лов
1 Цель работы
Изучить принцип работы схемы измерения, фазирования и оптимального
сложения при приеме сигналов с помехой по параллельным каналам. Определить отношение сигнал/помеха при сложении несфазированных и сфазированных сигналов.
2 Подготовка к работе
2.1 Изучить следующие вопросы курса:
– оптимальное сложение при приеме сигналов по параллельным каналам;
– схемотехническое решение оптимального сложения сигналов.
2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы:
что дает оптимальное сложение сигналов?
–
– схема с узкополосным фильтром;
– схема с ФНЧ.
3 Литература
3.1 Игнатов А. Н. и др. Классическая электроника и наноэлектроника. –М:
Флинта: Наука, 2009. – С. 344-349.
3.2 Конспект лекций
4 Сх
ема исследования
Структурная схема одного канала взвешивания и фазирования представ-
лена на рисунке 1.
Р
ис. 1. Структурная схема одного канала
В
ходное напряжение одного канала U
напряжений сигнала U
частотой f
П,φП
=0.
с частотой fC и фазой φi, и помехи с напряжением UП с
i
На один из входов перемножителя П
другой опорный сигналU
представляет собой сумму
ВХi
U
(t)=Ui∙sin(2πfCt+φi) +UП∙sin(2πfПt).
ВХi
подаются сигнал с помехой, а на
1
(t) =U0∙sin(2πf0t).
0