Масленников Основы шемотехники електронных цепей

В качестве источника входного синусоидального сигнала используют генераторы ГЗ-33 или ГЗ-56. Визуальное наблюдение сигнала производится с помощью осциллографа, а измерения с помощью цифрового вольтметра.

Рис. 3.13. Форма и параметры входного и выходного сигналов формирователя импульсов

ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

1.Изучить описание лабораторной работы.

2.Ответить на контрольные вопросы.

3.Рассчитать параметры инвертирующего усилителя.

4. Рассчитать параметры неинвертирующего усилителя. Определить коэффициенты усиления при следующих наборах

резисторов цепи ОС: R1 5,1; 1 кОм; R2 510; 51; 5,1; 0 кОм. 5. Провести анализ работы инвертирующего сумматора.

При входных сигналах (см. рис.3.13) и R1 R1 R2 5,1 кОм

построить временные диаграммы изменения напряжения на выходе сумматора. При построении полагать, что на один из входов инвер-

61

тирующего сумматора подается синусоидальный сигнал с амплитудой 2 В, а на другой – прямоугольный, показанный на рис.3.13.

6. Провести анализ работы интегратора.

Построить временные диаграммы изменения напряжения на выходе интегратора при входных сигналах: Uг и Uг ¯ (см. рис.3.13) при R1 5,1 кОм; С0 0,1 мкФ.

7. Рассчитать параметры избирательного усилителя. Определить резонансную частоту при следующих параметрах:

R = 1 кОм; С = 0,1 мкФ.

Рассчитать коэффициент усиления на резонансной частоте при условии R2 1,5R1 .

Рис. 3.14. Схема подключения питания

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

1.Подготовить рабочее место. Подключить макет к источнику питания (см. схему включения на рис.3.14), установив предварительно напряжение Е = 10 В на каждом выходе источника постоянного напряжения.

2.Включением перемычек собрать инвертирующий усилитель. С помощью двух каналов осциллографа наблюдать на выходе

усилителя инверсию входного сигнала. В области средних частот

62

(f = 1 кГц), подавая на вход Uгсинусоидальное напряжение, определить коэффициент усиления Kос для всех сочетаний R1 и R2

макета. Сравнить с расчетом.

3. Собрать неинвертирующий усилитель.

Определить Kос для всех возможных сочетаний резисторов R1 и R2 макета. Для всех сочетаний R1 и R2 измерить верхнюю гра-

ничную частоту неинвертирующего усилителя и построить график зависимости fвос = F(Kос) в логарифмическом масштабе. Сравнить полученные значения с расчетом.

4. Собрать инвертирующий сумматор. Подавая на входы соответствующие сигналы (см. рис. 3.13), зарисовать осциллограммы входных и выходных напряжений сумматоров, используя осциллограф в двухканальном режиме. Сравнить с построенной зависимостью, объяснить расхождения.

5. Собрать интегратор с R1 5,1 кОм; С0 0,1 мкФ. Если дрейф выходного напряжения велик, необходимо его уменьшить, включив резистор R2 величиной 510 кОм параллельно С0 . Зарисовать

осциллограммы входного и выходного напряжения при синусоидальном и импульсном входном сигнале. Сравнить с теоретически построенными диаграммами, объяснить расхождения.

6. Исследовать работу избирательного RC-усилителя с мостом Вина.

С этой целью предварительно установить коэффициент усиления инвертирующего усилителя равным 1,5, используя в цепи обратной связи переменное сопротивление R2 и изменяя его значе-

ние с помощью выведенного на лицевую панель потенциометра «регулировки усиления». Затем присоединить цепь положительной обратной связи и убедиться в том, что АЧХ усилителя имеет резонанс. Измерить резонансную частоту и коэффициент усиления на резонансной частоте и сравнить их с расчетными значениями. Рассчитать также добротность усилителя после измерения fн и fв .

7. Исследовать работу генератора синусоидального напряжения. С этой целью установить коэффициент усиления инвертирующего усилителя чуть более 2, т.е. обеспечить выполнение условия R2 2R1 . Затем присоединить цепь положительной обратной свя-

63

зи, а резистор R1 соединить с общей шиной. Зарисовать осцилло-

грамму сигнала на выходе и измерить частоту и амплитуду сигнала.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое интегральная микросхема?

2.Что такое операционный усилитель?

3.Какими свойствами обладает идеальный ОУ?

4.Чем реальный ОУ отличается от идеального?

5.Какие каскады используются на входе ОУ?

6.Как работает дифференциальный усилительный каскад?

7.Какие каскады используются на выходе ОУ?

8.Как работает выходной каскад ОУ?

9.Как использовать свойства идеального ОУ для расчета схем?

10.Как влияет сопротивление нагрузки на характеристики усилителя?

11.Нарисуйте АЧХ усилителя без отрицательной обратной связи и при ее введении.

12.Какими параметрами характеризуется ОУ?

13.Что такое инвертирующий и неинвертирующий входы ОУ?

14.Нарисуйте амплитудную характеристику ОУ.

15.В чем состоит принцип «мнимой земли»?

16.При каких условиях можно использовать принцип «мнимой земли»?

17.Нарисуйте схему инвертирующего усилителя на ОУ. Чему равен его коэффициент усиления?

18.Нарисуйте схему неинвертирующего усилителя на ОУ. Чему равен его коэффициент усиления?

19.Как можно сделать повторитель напряжения, используя ОУ?

20.Нарисуйте схему инвертирующего сумматора на ОУ. Чему равно его выходное напряжение?

21.Нарисуйте схему интегратора на ОУ и вид напряжения на его выходе при подаче на вход положительного импульса напряжения.

22.Какое напряжение будет на выходе интегратора, если на его вход подать синусоидальное напряжение?

23.Нарисуйте схему избирательного усилителя с мостом Вина.

64

24.Чем определяется резонансная частота усилителя с мостом

Вина?

25.Какие элементы определяют коэффициент усиления схемы на частоте резонанса?

26.Что такое добротность избирательного усилителя и как она определяется?

27.Что такое самовозбуждение усилителя?

28.Каково условие самовозбуждения с мостом Вина?

29.Чему будет равна частота генерации генератора с мостом

Вина?

30.Какое напряжение будет на выходе ОУ (рис. 3.15)?

31. Нарисуйте АЧХ схемы (рис. 3.16).

32.Чему равно UВЫХ (рис. 3.17)?

33.Определите напряжение на выходе цепи, если ОУ идеальный

иреальный (рис. 3.18).

34. Нарисуйте UВЫХ = f (t) при подаче на вход цепи одиночного прямоугольного импульса (рис. 3.19).

65

68

При подаче на входы (эмиттеры МЭТ) низкого уровня потенциала – «0» база-эмиттерные переходы VT1 смещены в прямом на-

правлении, ток от U ип через резистор R1 течет почти весь в цепь эмиттеров, а транзисторы VT2 и VT4 закрываются, так как напряжение на базе многоэмиттерного транзистора (~0,7 В) недостаточно, чтобы открыть соединенные последовательно коллекторный переход этого транзистора и эмиттерные переходы транзисторов VT2 и VT4. При этом транзистор VT3 открыт и работает как эмиттерный повторитель, а VT4 закрыт и на выходе элемента устанавливается высокий уровень потенциала. При подаче «1» только на один вход ничего не изменяется и лишь при подаче высокого уровня потенциала – «1» на все входы, эмиттерные переходы VT1 закрываются, а коллекторный переход смещается в прямом направ-

лении. Ток от U ип через открытый коллекторный переход VT1 открывает транзистор VT2, а он в свою очередь открывает VT4; при этом транзистор VT3 закрывается. Так как транзистор VT4 открыт, то на выходе устанавливается низкий уровень потенциала – «0». Таким образом, этот элемент выполняет логическую операцию И- НЕ (см. табл.4.1). Необходимо отметить, что при переключении элемента из «0» в «1» транзистор VT4 в первый момент еще не успевает закрыться, а VT3 уже открылся. В результате возникает, хотя и на небольшое время, довольно значительный сквозной ток. Для его уменьшения в схему включены резистор R3 и диод VD2.

Достоинством элементов ТТЛ являются достаточно хорошие временные параметры, простота изготовления и использования, а

69

недостатком – большой сквозной ток при переключении и, как следствие, зависимость потребляемой мощности от частоты. Кроме того, сквозной выходной ток в момент переключения вызывает наводки по цепям питания элемента.

В работе изучаются два типа ТТЛ элементов – серии К155 (собственно ТТЛ) и серии К555 (ТТЛш). Элементы ТТЛш с транзисторами Шоттки за счет исключения глубокого насыщения транзисторов ЛЭ имеют более высокое быстродействие при одинаковой потребляемой мощности по сравнению с логическими элементами ТТЛ или же при одинаковом быстродействии (табл. 4.2) – меньшую потребляемую мощность.

Широкое распространение получила также КМОП-логика, базовый элемент которой представлен на рис. 4.1.

70