Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Схемотехника телекоммуникационных устройств. Практикум для СПО
.pdf
СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ)
С.Н. Архипов
СХЕМОТЕХНИКА
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ
УСТРОЙСТВ
Практикум для СПО
2-е издание
Профобразование
Саратов
2024
УДК 621
ББК 32.84
А87
Рецензент:
Чухров А.С. — канд. техн. наук
Архипов, Сергей Николаевич.
А87 Схемотехника телекоммуникационных устройств : практикум для СПО /
С.Н. Архипов ; Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики. — 2-е изд. — Саратов : Профобразование, 2024. —
100 с. — (Среднее профессиональное образование). — Текст : электронный.
ISBN 978-5-4488-1202-6
В практикуме содержатся задания для выполнения предварительного
расчета, вопросы для самопроверки. Представлен необходимый справочный материал по методикам измерений, расчету параметров, работе с измерительными приборами и программами компьютерного моделирования.
Практикум предназначен для студентов всех специальностей и
профессий среднего профессионального образования, учебными планами
которых предусмотрено изучение дисциплин «Основы электроники и
цифровой схемотехники», «Схемотехника», «Электроника и схемотехника», «Цифровая схемотехника».
Учебное электронное издание
ISBN 978-5-4488-1202-6 © Архипов С.Н., 2015
© Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики, 2015
© Оформление. ООО «Профобразование», 2024
Оглавление
Введение .................................................................................................................... 4
Краткие правила по технике безопасности при проведении
лабораторных бот ..................................................................................................... 7
Правила проведения занятий в лаборатории ......................................................... 7
Лабораторная работа № 1. Измерение основных параметров и характеристик
усилителя на интегральной микросхеме ................................................................ 9
Лабораторная работа № 2. Изучение влияния обратной связи на свойства
усилителя на интегральной микросхеме ................................................................ 14
Лабораторная работа № 3. Питание цепей и стабилизация режима
биполярного транзистора ........................................................................................ 19
Лабораторная работа № 4. Исследование резисторного каскада
предварительного усиления на биполярном транзисторe .................................... 23
Лабораторная работа № 5. Исследование трансформаторного каскада
на транзисторе ........................................................................................................... 35
Лабораторная работа № 6. Исследование транзисторного усилителя
мощности с бестрансформаторным двухтактным выходом ................................ 39
Лабораторная работа № 7. Исследование резисторного каскада
широкополосного усилителя на полевом транзисторе ......................................... 45
Лабораторная работа № 8. Исследование интегратора и дифференциатора
на основе операционного усилителя ...................................................................... 51
Приложения .............................................................................................................. 57
П.1. Технические данные измерительной аппаратуры и инструкции
к ее применению ....................................................................................................... 57
П.2. Основы испытания усилителей ....................................................................... 61
П.3. Определение параметров усилителя по экспериментальным данным ....... 65
П.4. Описание интегральной микросхемы К140УД1Б ......................................... 67
П.5. Построение выходных динамических характеристик .................................. 69
П.6. Схемы питания и стабилизации режима транзистора .................................. 72
П.7. Построение временных диаграмм токов и напряжений для каскада
на транзисторе ........................................................................................................... 78
П.8. Расчет трансформаторного каскада ................................................................ 81
П.9. Графоаналитический расчет усилителя в режиме «В» ................................. 85
П.10. Особенности применения программы компьютерного моделирования
Electronics Workbench .............................................................................................. 88
Список рекомендуемой литературы ...................................................................... 100
3
Введение
((ссммееннннааяя ппааннеелльь))
ппааннеелльь
Панель управления
ООссццииллллооггрраафф
ГГееннееррааттоорр ссииггннааллоовв
Подготовка специалистов в области схемотехники телекоммуникационных
устройств предполагает знание теоретических основ анализа и проектирования
типовых устройств телекоммуникаций. Вместе с тем, одними из важнейших составляющих подготовки являются:
формирование умений практической эксплуатации, включая методику
измерений с применением измерительных приборов, планирование эксперимента, обработку результатов измерений;
применение типовых программ компьютерного моделирования для
анализа параметров и оптимизации характеристик аналоговых и цифровых
устройств.
Таким образом, оптимальная практическая подготовка должна включать в
себя как натурные эксперименты на базе лабораторных макетов, так схемотехническое моделирование с применением персональных компьютеров.
Лабораторное оборудование, необходимое для исследования лабораторных
макетов, включает лабораторную стойку в виде настольного пульта со сменными макетами и комплект измерительных приборов (рис. ниже), к которым относятся: генератор сигналов, осциллограф, два вольтметра для измерения входного и выходного напряжений.
ВВооллььттммееттррыы
ККооннттррооллььннааяя
ИИссссллееддууееммыыйй ууссииллииттеелльь
Комплект лабораторного оборудования
Настольный пульт имеет контрольную панель, сменную панель исследуемой схемы и панель управления. Контрольная панель содержит стрелочные
измерительные приборы для контроля напряжений источников питания и коллекторных токов исследуемых усилителей, режима работы транзисторов; выключатель «Сеть»; разъемы «Вход 1», «Вход 2» и «Выход» для подключения к
4
лабораторному стенду генератора синусоидальных колебаний, осциллографа, а
также вольтметров для контроля входного и выходного напряжений.
Сменные панели (лабораторные макеты) содержат элементы коммутации
схемы исследуемого усилителя.
При внедрении компьютерных технологий наиболее оптимальной для
проведения лабораторного практикума является программа Electronics
Workbench, называемая также виртуальной лабораторией.
Эта программа наглядна, проста в использовании и не требует дополнительной подготовки по освоению. Интуитивность и простота интерфейса делают ее доступной любому, кто знаком с основами использования Windows.
Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко
распространенных электронных компонентов.
Широкий набор приборов позволяет производить измерения различных
величин, задавать входные воздействия, строить графики. Все приборы изображаются в виде, максимально приближенному к реальному, поэтому работать с ними просто и удобно.
По сравнению с макетированием компьютерное моделирование имеет ряд
серьезных преимуществ:
− модель помогает быстро и наглядно изучить принцип работы системы;
− исследовать особенности функционирования в более широком диапа-зоне
условий, чем это возможно на реальном объекте, вплоть до аварийной ситуации;
производить документирование результатов измерений;
оперативно изменять параметры компонентов и источников сигналов;
избежать однообразных, многократно повторяющихся измерений;
сократить сроки и стоимость разработки новой техники и т. п.
Вместе с тем, программа Electronics Workbench имеет ряд ограничений:
невозможность многовариантного анализа, что не позволяет получить
семейство характеристик при изменении одного или нескольких параметров
компонентов;
используемой версии программы не предусмотрен многовариантный
анализ при изменении температуры;
применяемые в программе версии 5.12 измерительные приборы могут
одновременно выводить ограниченное количество графиков, причем осциллограф может построить графики напряжений только в двух точках схемы, а
Боде-плоттер (Bode Plotter) производит построение АЧХ и ФЧХ только для
одной точки схемы. Более того, программа не позволяет автоматизировать построение зависимостей от токов, напряжений, строить семейство характеристик
при изменении параметров компонентов в заданных пределах. Эти зависимости
могут быть построены вручную по методикам, применяемым для экспериментальных измерений на макетах.
5
Следует подчеркнуть, что ЭВМ и программы компьютерного моделирования являются лишь инструментом для изучения процессов и явлений. Как любой инструмент, они должны использоваться для решения определенного класса задач с четко оговоренными условиями и ограничениями, характерными для
выбранной модели. Обязательным этапом моделирования является анализ
адекватности полученных результатов реальным значениям, поскольку модель
не отражает в полной мере всех свойств реальных компонентов.
6
Краткие правила по технике безопасности
при проведении лабораторных работ
1. Занятия в лаборатории разрешаются только в присутствии преподавате-
ля после прохождения инструктажа по технике безопасности.
2. Перед включением приборов следует убедиться в надежности заземле-
ний учебной стойки и измерительных приборов.
3. В процессе выполнения лабораторных работ при обнаружении какихлибо неисправностей измерительных приборов, учебной стойки и лабораторного макета необходимо об этом немедленно сообщить преподавателю.
4. Все работы, связанные с ремонтом аппаратуры, производятся только обслуживающим персоналом.
5. После окончания работы немедленно выключить учебную стойку и привести в порядок рабочее место.
Запрещается:
без разрешения преподавателя включать учебную стойку и измери-
тельные приборы;
производить замену блоков исследуемых лабораторных макетов;
переносить измерительные приборы с одной стойки к другой;
одновременно касаться токоведущих и заземленных частей электриче-
ской схемы, аппаратуры и оборудования.
При проведении занятий в вычислительном классе разрешается пользоваться только теми программами, которые предусмотрены методикой выполнения лабораторных работ. Без разрешения преподавателя запрещается:
○ открывать, просматривать, редактировать и удалять другие программы;
○ производить настройку параметров системы.
Правила проведения занятий в лаборатории
Подготовка к работе
Перед выполнением работы необходимо:
─ ознакомиться с описанием учебной стойки и лабораторной работы;
─ изучить вопросы курса, указанные в описании, по рекомендованной
литературе;
─ выполнить предусмотренные описанием предварительные расчеты;
─ ознакомиться с применяемыми в работе измерительными приборами.
Выполнение работы
При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать следующие
правила:
лабораторные работы выполняются фронтально всей группой в часы,
предусмотренные расписанием, бригадами в соответствии с имеющейся комплектацией рабочих мест;
7
каждый студент перед выполнением следующей лабораторной работы
должен защитить отчет по предыдущей работе, предоставить предварительный
расчет и пройти собеседование по предстоящей работе;
по окончании работы студент должен представить преподавателю ра-
бочий листок с результатами измерений, после чего выключить стойку и приборы (при работе на ЭВМ закрыть программы и выключить компьютер) и привести в порядок рабочее место.
Оформление отчета
Отчет по каждой лабораторной работе оформляется в соответствии с разделом «Содержание отчета» в описании работы. В отчете должны быть приведены принципиальные схемы исследуемых устройств, изображенные в соответствии с требованием ГОСТ. На схеме необходимо привести обозначение всех
элементов и указать значение номинальных величин всех деталей.
При выполнении расчетов следует привести формулу, подстановку численных значений и результат (без промежуточных вычислений). Если расчеты
однотипные, то подстановка величин производится один раз, а остальные результаты приводятся в таблице.
Экспериментальные результаты приводятся в виде таблиц, графиков и
расчетов с указанием единиц измерения и соответствующего этапа измерений,
например: «Измерение сквозной амплитудной характеристики» и т. п. На графиках обязательно необходимо указывать обозначение по осям.
При построении частотных характеристик по оси абсцисс откладывается
частота в логарифмическом масштабе (lg f), а по оси ординат – относительное
усиление
U
f вых
при Uвх = const (1)
fcp вых
Y
1
M
K
K
f
fcp
U
или
где K
, K
f
*
и U
f
*
M
1
*
*
Y
– соответственно коэффициент усиления по напряжению,
вых f
K
K
f
*
fcp
U
U
f вых
fcp вых
при U
= const, (2)
ист
сквозной коэффициент усиления по напряжению и выходное напряжение усилителя на текущей частоте, а K
f ср
, K
*
f ср
и U
вых f ср
– те же параметры на сред-
ней частоте. В качестве средней частоты обычно берут 1000 Гц (для усилителя
звукового диапазона) или частоту
fff
.
внcp
Отчет должен содержать краткие выводы по работе: анализ и объяснение
полученных результатов, сопоставление экспериментальных данных с теоретически ожидаемыми или расчетными.
8
Лабораторная работа № 1
Измерение основных параметров и характеристик усилителя
на интегральной микросхеме
Ц е л ь р а б о т ы : освоить методы измерения и расчета основных параметров и характеристик усилительных устройств с использованием лабораторного
макета и измерительного оборудования.
Подготовка к работе
При подготовке к работе необходимо:
1. Изучить описание учебной стойки, краткие технические данные измери-
тельной аппаратуры и инструкции по их применению (Прил. П.1);
2. Изучить описание исследуемого усилителя и основные технические па-
раметры интегральной микросхемы (Прил. П.4).
3. Изучить основные параметры и характеристики усилительных
устройств: входные и выходные данные, коэффициенты усиления, частотную и
фазовую характеристики, амплитудную характеристику, динамический диапазон, собственные помехи усилителя, нелинейные искажения и способы их
оценки; ознакомиться с методами их измерений (Прил. П.2 – П.3);
4. Составить рабочий листок для занесения в него результатов измерений.
Рабочий листок составляется в соответствии с п. «Порядок выполнения работы» и содержит: краткое название выполняемого действия, обозначение измеряемого параметра (после знака равенства оставить место для записи значения,
которое будет измерено в процессе работы) или заготовку таблицы для измерения характеристик. Расчетные формулы и оси для построения характеристик в
рабочем листке приводить не надо. Все расчеты и построения выполняются при
подготовке отчета к защите лабораторной работы. Для примера ниже показаны
некоторые типовые пункты рабочего листка:
Установить частоту на генераторе входного сигнала fср = 1000 Гц
Измерение номинальных напряжений:
Е
ист ном
Еист, мВ
Uвых, В
Установить Е
Таким образом, по рабочему листку можно заранее оценить объем работы,
в процессе которой останется только вписать числовые значения.
9
= ________; U
Измерение сквозной амплитудной характеристики
≤ 0,5 Е
ист
вых ном
ист ном
= _________
= ________ и т. д.
Описание исследуемого усилителя
Исследуемый усилитель (активный четырехполюсник) собран на интегральной микросхеме (ИМС) типа К140УД1Б (Прил. П.4). Схема исследуемого
усилителя приведена на рис. 1.2.
Сигнал от генератора гармонических колебаний подводится к входу усилителя через резистор R
= 10 кОм, выполняющий роль внутреннего сопро-
ист
тивления источника сигнала. Переключатель S1 позволяет подключить вольтметр для измерения либо ЭДС источника сигнала (Е
напряжения (U
). С помощью переключателя S2
вх
можно использовать инвер-
), либо входного
ист
тирующий вход («Вх. 1») либо неинвертирующий вход («Вх. 2») ИМС. Конденсаторы С1, С2 и С3 предназначены для разделения источника и нагрузки от
схемы усилителя с по постоянному току. Резисторы R1 и R2 служат для балансировки схемы усилителя. Следует отметить, что на рис. 1.1 в целях упрощения
не показаны цепи коррекции частотной характеристики.
С выхода ИМС (вывод 5) усиленный сигнал через конденсатор С3, поступает в нагрузку R
= 2 кОм или R
н1
= 5,1 кОм. Выбор нагрузки осуществляет-
н2
ся с помощью переключателя S3.
Для измерения величины выходного сигнала и наблюдения его формы к выходу усилителя подключаются вольтметр и осциллограф. Питание ИМС осуществляется от биполярного источника с равными напряжениями (+15 В и –15 В)
относительно общего провода (корпуса).
Упрощенная схема измерений основных параметров и характеристик усилителя с применением вольтметров (V1 и V2) показана на рис. 1.1.
R
ист
R
вых
S3
V1
S1
U
вх
R
вх
U
вых
Е
вых
R
н1
R
н2
V2
Е
ист
Рис. 1.1. Схема измерения параметров усилителя
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]