Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учебно-методическое пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
__________________________________________________________________________
В.В. ДУРКИН, С.В. ТЫРЫКИН, Р.Ю. БЕЛОРУЦКИЙ
СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ
ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
Учебно-методическое пособие
НОВОСИБИРСК
2019
УДК 621.377.061(075.8)
Д 841
Рецензенты:
профессор Л.Г. Рогулина
канд. техн. наук, доцент И.С. Савиных
Работа подготовлена на кафедре радиоприемных
и радиопередающих устройств и утверждена
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебно-методического пособия
Дуркин В.В.
Д 841 Схемотехника аналоговых электронных устройств: учебно-
методическое пособие / В.В. Дуркин, С.В. Тырыкин, Р.
Ю. Бело-
руцкий. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2019. – 88 с.
ISBN 978-5-7782-3937-1
Настоящее пособие посвящено теоретическому изучению и экспериментальному исследованию наиболее распространенных функциональных узлов аналоговой схемотехники. Особенность экспериментального исследования в том, что для измерения параметров и характеристик изучаемых узлов используются так называемые виртуальные
приборы (ВП). Пособие рассчитано на студентов третьего курса, обучающихся по направлениям «Радиотехника» и «Инфокоммуникаци-
технологии и системы связи».
онные
УДК 621.377.061(075.8)
ISBN 978-5-7782-3937-1 © Дуркин В.В., Тырыкин С.В.,
Белоруцкий Р.Ю., 2019
© Новосибирский государственный
технический университет, 2019
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .................................................................................................................. 5
1. Общие требования и порядок работ .............................................................. 6
2. Основные определения и термины ................................................................ 8
3. Описание виртуального измерительного стенда «Мультимер» ............ 10
3.1. Структурная схема виртуального измерительного стенда
«Мультимер» .............................................................................................. 10
3.2. Главное окно виртуального измерительного стенда ............................. 11
4. Работа с измерительными приборами ........................................................ 13
4.1. Осциллограф .............................................................................................. 13
4.2. Генератор сигналов ................................................................................... 15
4.3. Вольтметр ................................................................................................... 15
4.4. Измеритель АЧХ и ФЧХ ........................................................................... 16
4.5. Измеритель спектра ................................................................................... 17
4.6. Измеритель амплитудной характеристики и
диапазона .................................................................................................... 19
4.7. Сохранение результатов измерений ........................................................ 20
5. Исследование резисторного каскада предварительного усиления
(работа № 1) ...................................................................................................... 21
5.1. Описание схемы лабораторного макета .................................................. 21
5.2. Основные определения и теоретические сведения ............................... 22
5.3. Порядок выполнения работы ................................................................... 34
Исследование каскада в частотной области ............................................ 34
Исследование каскада во временной области ......................................... 35
5.4. Контрольные вопросы ............................................................................... 37
6. Исследование дифференциального усилителя постоянного тока
(работа № 2) ...................................................................................................... 38
6.1. Описание
6.2. Основные определения и теоретические сведения ............................... 40
схемы лабораторного макета .................................................. 38
динамического
3
6.3. Порядок выполнения работы ................................................................... 45
Исследование каскада на постоянном токе ............................................. 45
Исследование каскада на переменном токе ............................................ 47
6.4. Контрольные вопросы ............................................................................... 49
7. Исследование усилителя мощности с бестрансформаторным
выходом (работа № 3) ..................................................................................... 51
7.1. Описание схемы лабораторного макета .................................................. 51
7.2. Основные определения и теоретические сведения ............................... 53
7.3. Порядок выполнения работы ................................................................... 60
7.4. Контрольные вопросы ............................................................................... 64
8. Исследование видеоусилителя (работа № 4) .............................................. 65
8.1. Описание схемы лабораторного макета
8.2. Основные определения и теоретические сведения ............................... 67
8.3. Порядок выполнения работы ................................................................... 77
8.4. Контрольные вопросы ............................................................................... 80
Приложение А ....................................................................................................... 81
Приложение Б ....................................................................................................... 85
Библиографический список ................................................................................. 87
.................................................. 65
4
ВВЕДЕНИЕ
Настоящее пособие посвящено теоретическому изучению и экспериментальному исследованию наиболее распространенных функциональных узлов аналоговой схемотехники. Материал полностью соответствует учебным программам по соответствующим дисциплинам.
При экспериментальном исследовании для измерения параметров и
характеристик каскадов используются так называемые виртуальные
приборы (ВП). ВП называется программа, которая совместно с персональным компьютером (ПК)
миром реализует функции таких измерительных приборов, как генератор испытательных сигналов, осциллограф, вольтметр, измеритель
АЧХ и т. п. Эта идея осуществлена с помощью измерительного стенда
«Мультимер». В качестве устройства сопряжения применен измерительный прибор-приставка к ПК Handyscope HS3-100.
Теоретический материал, необходимый для подготовки и защиты
работ, в достаточном объеме изложен в настоящем пособии и более
подробно в [1 и 2].
и устройством сопряжения с внешним
5
1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ И ПОРЯДОК РАБОТ
1. Лабораторный практикум по курсам «Схемотехника аналоговых
электронных устройств» и «Схемотехника телекоммуникационных
устройств» состоит из четырех работ, каждая из которых рассчитана на
четыре академических часа. Состав работ, выполняемых студентом,
определяется требованиями образовательных стандартов и может изменяться в зависимости от направления, по которому обучается студент.
2. Перед началом лабораторной работы
краткий инструктаж по порядку ее выполнения. На первом занятии
проводится инструктаж по технике безопасности, после которого студенты расписываются в журнале. Студенты, нарушающие правила
техники безопасности, привлекаются к административной ответственности вплоть до отчисления из университета.
3. Для успешного выполнения лабораторной работы необходима
подготовка, которая включает в себя:
изучение теоретического материала, связанного с предстоящей
работой;
ознакомление с принципом работы исследуемых схем и поряд-
ком проведения измерений;
заготовку отчета, содержащего титульный лист, цель работы и
схему исследуемого устройства, таблицы для занесения результатов
измерений.
4. В конце лабораторной работы студенты предъявляют преподавателю результаты проведенных измерений и получают соответствующую отметку в журнале. Допускается предъявление чернового варианта отчета, при этом чистовой вариант оформляется дома.
5. Отчет по лабораторной работе в обязательном порядке должен
содержать следующие элементы:
титульный лист установленного образца;
цель работы;
преподаватель проводит
6
принципиальные схемы исследуемых узлов;
результаты выполнения работы по пунктам;
выводы по работе, объясняющие полученные данные и законо-
мерности.
Обращаем особое внимание на то, что все пункты должны иметь
поясняющий текст, а полученные результаты должны быть скомпонованы в соответствии с приведенным образцом.
6. Защита работы проводится в форме
собеседования или ответов
на тестовые вопросы. К защите допускаются студенты, успешно выполнившие программу лабораторной работы и оформившие отчет. Отчеты, оформленные небрежно или не содержащие перечисленных выше пунктов, к защите не принимаются. На одну бригаду, состоящую из
двух-трех студентов, оформляется один отчет.
7. Самостоятельно проверить свою готовность к
защите студент
может с помощью контрольных вопросов, приводимых в конце описания каждой лабораторной работы. Следует помнить, что залог успешной защиты – не формальные ответы на контрольные вопросы, а понимание принципов работы исследованной схемы и физических процессов, происходящих в ней.
8. Лабораторная работа считается защищенной в срок при ее
защите на следующем занятии или ранее. Последняя лабораторная работа
защищается в день ее выполнения или в дополнительно назначенный
день.
9. Наличие невыполненных или незащищенных работ лишает сту-
дента допуска к экзамену (зачету).
7
F
F
2. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ТЕРМИНЫ
Аналоговый сигнал (АС) – это сигнал, параметр которого (например, амплитуда, фаза, частота и т. д.) задается функцией непрерывного
времени с непрерывным множеством возможных значений.
Дискретный сигнал (ДС) – сигнал, параметр которого задается
функцией дискретного времени с непрерывным множеством возможных значений.
Квантованный сигнал (КС) – сигнал, параметр которого задается
функцией непрерывного
значений.
Цифровой сигнал (ЦС) – сигнал, параметр которого задается функцией дискретного времени с конечным множеством возможных значений, т. е. дискретный во времени сигнал, квантованный по уровню.
Частота дискретизации (отсчетов)
непрерывного во времени сигнала при его дискретизации, измеряемая
в герцах.
Частота Найквиста – частота, равная половине частоты дискретизации.
Теорема Котельникова. Сигнал с ограниченным спектром (с максимальной частотой
ми, следующими с частотой
верхней частоты сигнала
Чем выше частота дискретизации, тем более широкий спектр сигнала может быть представлен в дискретном сигнале.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) – устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в цифровой сигнал.
Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)
зующее входной цифровой сигнал в аналоговый сигнал.
Виртуальный прибор (ВП)
ции реального прибора (генератора, вольтметра, осциллографа и т. д.)
реализуются программным способом на персональном компьютере.
времени с конечным множеством возможных
– частота взятия отсчетов
д
F ) полностью определяется своими отсчета-
макс
()
, по крайней мере, в два раза большей
д
2FF
дмакс
.
– устройство, преобра-
– измерительная система, в которой функ-
8
Устройство сопряжения (УС) – устройство, осуществляющее
связь между персональным компьютером и исследуемым аналоговым
устройством. Оно выполняет функции АЦП и ЦАП.
Динамический диапазон по компрессии – отношение точки однодецибельной компрессии сигнала, определяемой по амплитудной характеристике, к мощности собственных шумов усилителя. Как правило,
выражается в децибелах.
Точка, где отклонение амплитудной характеристики устройства
идеальной составляет 1 дБ, называется точкой компрессии
или одно-
от
децибельной точкой компрессии. Точка компрессии может быть охарактеризована соответствующими уровнями входного или выходного
сигнала.
Чувствительность усилителя – минимальное напряжение на входе
усилителя, при котором обеспечивается заданное превышение полезного сигнала над шумами усилителя.
Динамический диапазон усилителя – логарифм отношения максимальной амплитуды входного сигнала усилителя, при которой искажения сигнала
достигают предельно допустимого значения, к чувстви-
тельности усилителя.
9
3. ОПИСАНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО
ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО СТЕНДА «МУЛЬТИМЕР»
3.1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ВИРТУАЛЬНОГО
ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО СТЕНДА «МУЛЬТИМЕР»
Состав виртуального измерительного стенда (рис. 3.1) включает в
себя персональный компьютер (ПК) и устройство сопряжения – измерительный прибор-приставку к ПК Handyscope HS3-100 (HS3). Здесь
OUT – выход ВП HS3, а СH1 и CH2 – его входы.
Персональный компьютер
Исследуемое
устройство
Интерфейс USB
OUT
(ЦАП)
Handyscope HS3-100
CH1
(АЦП)
CH2
(АЦП)
Рис. 3.1. Структурная схема виртуального измерительного стенда
«Мультимер»
Измерительный стенд функционирует следующим образом. В ПК с
помощью программы «Мультимер» формируется в цифровом виде
один из испытательных сигналов, например гармонический. Отсчеты
сигнала через USB-порт подаются на ЦАП HS3, где происходит их
преобразование в соответствующий аналоговый сигнал, поступающий
далее на вход исследуемой схемы. Кроме того, этот же сигнал поступает и на
вход HS3 – CH1 (канал 1). Это сделано для того, чтобы можно
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]