РТ лабыФОПФ, осень 2012 / Календарный план лекционно-лабораторных занятий

ЭЛЕКТРОННЫЕ МЕТОДЫ ФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Календарный план лекционно-лабораторных занятий

3-й курс факультета общей и прикладной физики (ФОПФ),

группы 021, 022, 023, 024, 025, 026

Осенний семестр 2012/2013 учебного года

Подробнее о порядке проведения учебных занятий, а также дополнительные сведения, пояснения и рекомендации см. в «Методических указаниях».

Вступление. 1-я тема: Усилители на биполярных транзисторах

1-е занятие (1 – 7 сентября 2012 года)

Вступление: предмет курса, ознакомление студентов с правилами работы в лаборатории и с правилами техники безопасности.

Усилители на биполярных транзисторах: минимальные сведения о транзисторе, принцип усиления, постоянные и переменные токи и напряжения в электронной схеме, нестабилизированная схема, определения и физический смысл параметров

Ku , Rвх, Ke, fн, fв, Uвых_макс , теорема об эквивалентном генераторе.

Объяснение правил и демонстрация студентам: как собрать схему на индивидуальной макетной плате, подключение макетной платы к источнику питания, подключение компьютерных генератора и осциллографа, измерение постоянного и переменного напряжений.

Самостоятельное выполнение студентами: п. 1 задания к лаб. раб. № 28; измерение Ke в схеме, относящейся к п. 2а,

при Uвх_m = 10 … 20 мВ и f = 1 … 10 кГц.

1-я тема: Усилители на биполярных транзисторах

2-е занятие (8 – 14 сентября 2012 года)

Ожидаемые значения (оценки) Ku , Rвх, Ke в нестабилизированной схеме.

Задача о прохождении сигнала через линейный четырехполюсник: спектральный и временной подходы, их взаимные соответствия; примеры: дифференцирующая и интегрирующая цепи; поведение однокаскадного усилителя в области нижних частот.

Представление об эквивалентных схемах: физическая П-образная эквивалентная схема биполярного транзистора, h -параметры.

Самостоятельное выполнение студентами: пп. 2а, 2б и 3 задания к лаб. раб. № 28 (кроме измерения Uвых_m_макс );

в каждой из схем измерить напряжения UБЭ(k) , UКЭ(k) ( k = 2а, 2б, 3).

1-я тема: Усилители на биполярных транзисторах

3-е занятие (15 – 21 сентября 2012 года)

Стабилизированная схема: режим по постоянному току, ожидаемые значения (оценки) Ku , Rвх, Ke при CЭ →∞ .

Многокаскадный усилитель.

Самостоятельное выполнение студентами: пп. 4, 5 и 6 задания к лаб. раб. № 28 (кроме измерения Uвых_m_макс ).

1-я тема: Усилители на биполярных транзисторах

4-е занятие (22 – 28 сентября 2012 года)

Стабилизированная схема: ожидаемые значения (оценки) Ku , Rвх, Ke при CЭ =0 .

Самостоятельное выполнение студентами п. 7 задания к лаб. раб. № 28.

Коллоквиум по теме 1 (сдача лабораторной работы № 28).

К моменту сдачи этой лабораторной работы целесообразно, чтобы студент заполнил приведенную в методических указаниях таблицу, внеся в нее результаты выполненных им измерений.

1

2-я тема: Обратные связи

1-е занятие (29 сентября – 5 октября 2012 года)

Общий случай: принцип обратной связи.

Последовательная обратная связь: обратная связь по напряжению, обратная связь по току, представление о положительной и отрицательной обратной связи.

Разбор в качестве примеров схем из пп.1.1 и 1.4 задания к лаб. раб. № 98 с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению и по току соответственно: эмиттерный повторитель в п. 1.1 и схема стабилизированного усилителя без емкости CЭ в цепи эмиттера в п. 1.4 (п. 7 в лаб. раб. № 28).

Демонстрация правил работы в программной среде Micro-Cap V.

Студент должен запоминать свои схемы в папке C:\Students\<номер_учебной_группы_фамилия_студента>\

Самостоятельное выполнение студентами путем моделирования в среде Micro-Cap: по указанию преподавателя

студент приступает к исследованию о д н о г о из трех двухкаскадных усилителей с обратной связью (пп. 2.1, 2.2 или 2.3

в лаб. раб. № 98) с заданными UП и UК2 .

.

2-я тема: Обратные связи

2-е занятие (6 – 12 октября 2012 года)

Параллельная обратная связь: обратная связь по напряжению, обратная связь по току, представление о положительной и отрицательной обратной связи.

Разбор в качестве примеров схем из пп.1.2 и 1.5 задания к лаб. раб. № 98 с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению.

Продолжение самостоятельного исследования студентами (путем моделирования в среде Micro-Cap)

указанного ранее преподавателем двухкаскадного усилителя с обратной связью (пп. 2.1, 2.2 или 2.3 в лаб. раб. № 98) с заданными UП и UК2 .

2-я тема: Обратные связи

3-е занятие (13 – 19 октября 2012 года)

Частотные характеристики усилителей с отрицательной на средних частотах обратной связью: простейший случай – усилитель, который ведет себя в области верхних частот как одна интегрирующая цепь.

Частотные характеристики многокаскадных усилителей с отрицательной на средних частотах обратной связью:

неустойчивость усилителей с обратной связью, критерий Найквиста.

Завершение самостоятельного исследования студентами (путем моделирования в среде Micro-Cap)

указанного ранее преподавателем двухкаскадного усилителя с обратной связью (пп. 2.1, 2.2 или 2.3 в лаб. раб. № 98) с заданными UП и UК2 .

Коллоквиум по теме 2 (сдача лабораторной работы № 98).

3-я тема: Применения операционных усилителей

1-е занятие

Общий случай: обратная связь по напряжению, обратная связь по току.

Самостоятельное выполнение студентами п. 1.5 и части ‘а’ п. 2.3 в лаб. раб. № 98.

3-я тема: Применения операционных усилителей

1-е занятие (20 – 26 октября 2012 года)

Минимальные сведения об операционном усилителе (ОУ).

Усилители на основе ОУ: неинвертирующий усилитель и инвертирующий усилитель как примеры схем с последовательной и параллельной обратной связью соответственно.

Диаграммы Боде.

3-каскадная структура ОУ, необходимость коррекции частотной характеристики ОУ.

Самостоятельное выполнение студентами отдельных упражнений из лаб. раб. № 77: упражнение 1 и часть упражнений 3 и 4

на плате, наблюдение частотной характеристики неинвертирующего усилителя путем моделирования в среде Micro-Cap.

2

3-я тема: Применения операционных усилителей

2-е занятие (27 октября – 2 ноября 2012 года)

Схемы на основе идеального ОУ.

Самостоятельное выполнение студентами отдельных упражнений лаб. раб. № 77:

упр. 8: (а) наблюдение средствами Micro-Cap амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик интегратора;

(б) изучение работы собранного на плате интегратора при подаче на его вход прямоугольных и треугольных колебаний;

упр. 9: (а) наблюдение средствами Micro-Cap амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик дифференциатора;

(б) изучение работы собранного на плате дифференциатора при подаче на его вход прямоугольных и треугольных колебаний; проведение на плате эксперимента, демонстрирующего наличие отрицательного сопротивления (упр., эквивалентное упр. 7.1);

одно из упр. 10 или 12.4 с двойным Т-образным мостом (по выбору студента или по указанию преподавателя) средствами

Micro-Cap.

3-я тема: Применения операционных усилителей

3-е занятие (3 – 9 ноября 2012 года)

Импульсные схемы на основе ОУ: триггеры Шмита (схемы с последовательной и с параллельной положительной обратной связью), самовозбуждающийся мультивибратор, ждущий мультивибратор, генерирование линейно-изменяющегося напряжения.

Самостоятельное выполнение студентами упр. 15, 16 и 17 лаб. раб. № 77 (на плате).

3-я тема: Применения операционных усилителей

4-е занятие (10 – 16 ноября 2012 года)

RC-генератор синусоидальных колебаний на основе ОУ: общий случай, схема RC-генератора с мостом Вина, условие самовозбуждения (спектральный и временной подходы), установившийся режим (форма и амплитуда колебаний), стабилизация частоты.

Самостоятельное выполнение студентами упр. 13 лаб. раб. № 77 путем моделирования в Micro-Cap с использованием готового файла RCGEN.cir.

3-я тема: Применения операционных усилителей

5-е занятие (17 – 23 ноября 2012 года)

Коллоквиум по теме 3 (сдача лабораторной работы № 77).

4-я тема: LC-электроника

1-е занятие (24 – 30 ноября 2012 года)

Параллельный LC-контур при Q >> 1: физическая природа потерь в колебательном контуре; модуль и аргумент полного сопротивления как функции частоты в окрестности резонансной частоты; параллельная схема замещения; частичное шунтирование контура омической нагрузкой, подключение источника воздействия к части контура.

Схема и свойства дифференциального усилителя с одним входом. Резонансный усилитель на основе дифференциального усилителя. Самостоятельное выполнение студентами п. 4.1 задания к лаб. раб. № 05.

4-я тема: LC-электроника

2-е занятие (1 – 7 декабря 2012 года)

LC-генератор синусоидальных колебаний на основе дифференциального усилителя с емкостной обратной связью:

баланс фаз и баланс амплитуд в установившемся режиме; условие самовозбуждения для схемы без кварца.

Роль стабильности частоты при измерении времени в физическом эксперименте. Принцип стабилизации частоты с помощью кварца Самостоятельное выполнение студентами п. 4.2 задания к лаб. раб. № 05.

4-я тема: LC-электроника

3-е занятие (8 – 14 декабря 2012 года)

Трёхточечные схемы LC-генераторов.

Коллоквиум по теме 4 (сдача лабораторной работы № 05).

Составил доцент Е. В. ВОРОНОВ.

3