Федеральное агентство по образованию

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

Барсова Т.Г., Журавлёва И.Л., Филинов В.В., Шатерников В.Е.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

И ЭЛЕКТРОНИКЕ

Москва-2007

Электротехника и электроника: лабораторный практикум // Составители: к.ф.-м.н. Барсова Т.Г., к.ф.-м.н. Журавлёв И.Л. д.т.н. Филинов В.В., д.т.н., профессор Шатерников В.Е. // Москва: МГУПИ, 2007 г.

Практикум содержит описание лабораторных работ по электротехнике и электронике, а также образцы лабораторных бланков для их выполнения.

В практикуме содержатся теоретические сведения, методика проведения лабораторных работ, описания лабораторных стендов и вопросы по лабораторным работам.

Целью данного пособия является помощь студентам в прохождении лабораторного практикума.

Консультант:

Барсова Т.Г., к.ф.-м.н. (Московский университет приборостроения и информатики)

© Московский университет приборостроения и информатики, 2007

Оглавление

Лабораторная работа № 2б. Исследование усилителя низкой частоты с резистивно-емкостной связью...................................................	4
Лабораторная работа № 4 Исследование операционного усилителя.............................................................................................................	13
Лабораторная работа № 6а. Исследование источников питания электронных устройств..........................................................................	21
Лабораторная работа № 10. исследование импульсных устройств на операционных усилителях...............................................................	32
Лабораторная работа № 11. Исследование логических элементов и импульсных схем................................................................................	45

Лабораторная работа № 2б. Исследование усилителя низкой частоты с резистивно-емкостной связью

Цель работы:ознакомление с принципом работы и основными характеристиками многокаскадных усилителей с резиствно-емкостной связью.

Краткие теоретические сведения

Усилители – это устройства, предназначенные для усиления переменных сигналов. Такое преобразование осуществляется за счет энергии постоянного источника питания.

Усилители широко применяются в науке и технике.

Простейшим усилителем является усилительный каскад, содержащий усилительный элемент (биполярный или полевой транзистор), пассивные элементы (резисторы и конденсаторы) и постоянный источник питания, которые обеспечивают нужный режим работы каскада.

На рис. 1, приведён наиболее распространенный усилительный каскад с общим эмиттером (ОЭ) на основе биполярного транзистора n-p-nтипаVT. Назначение элементов каскада: источник питания Е_к(включается между клеммой +Е_ки «землёй»_┴) обеспечивает режим каска­да но постоянному то­ку («режим покоя»), т.е. величинытоковI_бо,I_ки напряженийU_бэ0,U_кэ0, на которые накладываются переменные составляющие токов и напряжений. За счёт энергии посто­янного источника осуществляется усиление переменного сигналаU_вх, снимаемого с генератора синусоидальных колебаний, в усиленный сигналU_вых, поступающий, в нагрузкуR_н. Величина резистораR_бопределяет значение «тока покоя» в цепи базыI_бо,R_к– нагрузочный резистор, определяет значение переменного выходного напряженияU_вых. Разделительные конденсаторы С_р1и С_р2исключают прохождение постоянных составляющих токов и напряжений каскада в генератор или нагрузку (или из генератора и нагрузки в каскад).

Усилительный каскад, изображенный на рис. 1, является усилителем напряжения. Он характеризуется коэффициентом уси­ления по напряжению

k=,

который составляет величину порядка 10...100.

С целью получения большого коэффициента усиления усили­тельного устройства несколько каскадов объединяются в много­каскадный усилитель. Его коэффициент усиления равен произве­дению коэффициентов усиления всех каскадов устройства:

k=k₁•k₂•...•k_N,

где N– число каскадов.

При этом выходное напряжение предыдущего каскада пода­ется на вход последующего. Соединение каскадов производится через элементы связи (конденсаторы, резисторы либо трансфор­маторы), которые определяют тип усилителя.

На рис. 2 изображена, принципиальная схема двухкаскадного усилителя с резистивно-емкостной (RC) связью, являющейся наиболее распространенным типом связи. Каскады соединены через разделительный конденсатор С_р2. ЭлементыR_эи С_эв цепях эмиттеров транзисторовVТ₁иVТ₂обеспечивают температурную стабилизацию режима усиления. Делители напряженияR1-R2 иR3-R4 задают величину постоянного напряжения на базах тран­зисторовVТ₁иVТ₂каждого каскада.

Аналогичная схема усилителя с RC-связью на микросхемах представлена на рис. 3, где в усилительных каскадах исполь­зованы операционные усилители с большим коэффициентом усиле­ния (М₁и М₂). Назначение соединительных элементов схемы аналогично усилителю на транзисторах. Коэффициент усиления этого усилителя значительно выше, чем усилителя на дискретных элементах.

Основные характеристики усилителей – амплитудная и амплитудно-частотная. Амплитудная характеристика усилителя – это зависимость амплитудного значения выходного напряжения от амплитудного значения входного напряжения. Эта характерис­тика представлена на рис. 4. Участок «ab» кривой соответ­ствует линейному режиму работы усилителя (т.е.U_выхпропор­циональноU_вх, и коэффициент усиленияk=const). На участке «bc» при увеличении входного напряжения появляются искажения формы выходного напряжения, называемые нелинейными искажениями, и коэффициент усиления падает. Рабочим участком является линейный участок характеристики («ab»).

Амплитудно-частотная характеристика усилителя – это за­висимость коэффициента усиления усилителя от частоты усили­ваемого сигнала. Вид этой характеристики для усилителя с RC-связью показан на рис. 5.

Коэффициент усиления в области средних частотk₀посто­янен. В области низких частот (приf→0) сопротивление конден­сатора связи С_р2растёт:

X_Cр2=→∞

Напряжение на нём также растёт, следовательно, выходное напря­жение первого каскада падает и k→0 приf→0. Так как выход первого каскада шунтируется входной ёмкостью второго каскада С₀то в области высоких частот приf→∞ соп­ротивление ёмкости падает

X_C0=→0,

следовательно, напряжение на входе второго каскада падает и k→0 приf→∞.

Снижение коэффициента усиления в области нижних и верхних частот называют частотными искажениями. Они оцениваются коэффициентами частотных искажений на верхних частотах

М_в=

и на нижних частотах

М_в=

где k_виk_н– коэффициенты усиления на верхних и нижних частотах. Очень часто допустимое значение коэффициента частот­ных искажений М принимают равным. Частотыf_{н гр}иf_{в гр}, соответствующие допустимым значениям коэффициента частотных искажений, называют нижней и верхней граничными частотами, а диапазон частот

Δf=f_{н гр}-f_{в гр}

полосой пропускания усилителя.