- •Лабораторная работа №201 Исследование характеристик полупроводниковых диодов
- •Порядок выполнения
- •Требования к отчету
- •Контрольные вопросы
- •Краткие теоретические сведения Электронно- дырочный переход и его применение Электронно-дырочный переход и его вольт-амперная характеристика
- •Полупроводниковые диоды и их характеристики
- •Выпрямительные диоды
- •Импульсные диоды
- •Высокочастотные диоды
- •Туннельные диоды
- •Варикапы
- •Светодиоды
- •Фотодиоды
- •Оптопары
- •Магнитодиоды
- •1. Исследование статических характеристик транзистора,
- •2. Исследование усилительных свойств транзистора
- •3.Экспериментальное исследование усилителя
- •4. Исследование влияния обратной связи на свойства усилителя
- •Требования к отчету
- •Контрольные вопросы
- •Виртуальный эксперимент
- •Порядок выполнения работы
- •1.Исследование статических характеристик транзистора,
- •2. Исследование усилительных свойств транзистора
- •3. Исследование усилителя с емкостной связью по схеме с оэ
- •4. Исследование влияния обратной связи на свойства усилителя
- •Требования к отчету
- •Контрольные вопросы
- •Краткие теоретические сведения Биполярный транзистор Структура, принцип действия, статические характеристики
- •Графический анализ процесса усиления электрического сигнала на биполярном транзисторе
- •Эквивалентные схемы биполярного транзистора
- •Частотные свойства транзистора
- •Аналитический расчет усилителя при схеме включения с оэ
- •Аналитический расчет усилителя при схеме включения с оэ
- •Требования к отчету
- •Контрольные вопросы
- •Краткие теоретические сведения Полевые транзисторы
- •Полевые транзисторы с управляющим - переходом
- •Полевые транзисторы с изолированным затвором
- •Дифференциальные параметры и эквивалентная схема полевого транзистора
- •Усилительные свойства полевых транзисторов
- •3. Определение дифференциального коэффициента усиления
- •4. Измерение входного сопротивления
- •5. Измерение выходного сопротивления
- •6. Исследование амплитудно-частотной и фазовой характеристик оу
- •7. Исследование переходной характеристики
- •Расчетное задание
- •Требования к отчету
- •Контрольные вопросы
- •Физический эксперимент
- •Порядок выполнения работы
- •2. Определение напряжения смещения нуля операционного усилителя
- •3. Измерение входных токов смещения и разности
- •4. Определение значения входного сопротивления оу
- •5. Определение значения выходного сопротивления оу
- •6. Измерение коэффициента ослабления синфазного сигнала
- •Требования к отчету
- •Контрольные вопросы
- •Краткие теоретические сведения Общие сведения об операционных усилителях
- •Основные параметры операционных усилителей
- •Основные характеристики операционного усилителя
- •Параметры операционных усилителей 140уд7 и 140уд8
- •Требования к отчету
- •Контрольные вопросы
- •Физический эксперимент
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Контрольные вопросы
- •Краткие теоретические сведения Усилители постоянного и переменного напряжения
- •Идеальный операционный усилитель
- •Инвертирующий усилитель постоянного тока
- •Усилитель с емкостной связью
- •Сведения о конденсаторах и резисторах широкого применения
- •2. Исследование генератора с фазовращающей цепью
- •Требования к отчету
- •Контрольные вопросы
- •Физический эксперимент
- •Порядок выполнения работы
- •1.Исследование генератора с цепью нулевого фазового сдвига
- •2. Исследование генератора с фазовращающей цепью
- •Генератор с цепью нулевого фазового сдвига
- •Генератор с фазосдвигающей цепью
- •1. Исследовать работу компаратора
- •2. Исследование работы триггера Шмидта
- •3. Исследование работы симметричного мультивибратора
- •4. Исследование работы несимметричного мультивибратора
- •Требования к отчету
- •Контрольные вопросы
- •Виртуальный эксперимент
- •Порядок выполнения работы
- •1.Исследование работы компаратора
- •2. Исследование работы триггера Шмидта
- •3. Исследование работы симметричного мультивибратора
- •4. Исследование работы несимметричного мультивибратора
- •5. Исследование одновибратора
- •6. Исследование схемы генератора линейно изменяющихся напряжений
- •Требования к отчету
- •Контрольные вопросы
- •Краткие теоретические сведения Импульсные схемы на операционных усилителях
- •Компараторы
- •Триггер Шмидта
- •Мультивибратор на основе оу
- •Одновибратор
- •Генераторы линейно изменяющегося напряжения
Требования к отчету
Отчет должен содержать:
результаты расчетов,
амплитудную, амплитудно-частотные и фазовые характеристики,
схемы экспериментов,
результаты анализа и выводы.
Контрольные вопросы
Расскажите порядок расчета элементов инвертирующего усилителя на базе ОУ.
Укажите причины расхождения результатов расчета и эксперимента.
Как изменится верхняя частота среза при изменении глубины обратной связи?
Сделайте вывод выражения для коэффициента усиления с обратной связью .
Объясните изменение полосы пропускания усилителя с емкостной связью при различных значениях ёмкости конденсатора С1.
Какие изменения в схеме следует сделать, чтобы расширить полосу пропускания без изменения :
в область высоких частот,
в область низких частот.
Физический эксперимент
Цель работы: Освоить методику расчета и экспериментального определения основных параметров усилителей постоянного и переменного тока.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с параметрами операционных усилителей К140УД7 и К140УД8 (табл.3).
2. Рассчитать инвертирующий усилитель постоянного тока по исходным данным, приведенным в таблице 3.
Таблица 3
-
Вариант
1
2
3
4
5
6
100
150
300
250
150
50
Тип ОУ
УД7
УД8
УД7
УД8
УД7
УД8
,Гц
100
130
60
120
80
15
,кОМ
1
2
0.5
0.25
2
1
При расчете схемы усилителя постоянного тока (рис.1) следует рассчитать и выбрать элементы схемы, а также определить, величины характеризующие свойство усилителей , , .
Расчет схемы инвертирующего усилителя начинается с выбора резистора ,
который определяет входное сопротивление усилителя , поэтому его следует выбирать больше, чем сопротивление источника входного сигнала ( ). Обычно рассчитывается таким образом, чтобы падение напряжения на нём от входного тока смещения ОУ было меньше напряжения смещения нуля ОУ
.
По заданному коэффициенту усиления с обратной связью рассчитывается и
,
,
и выбираются их номинальные значения, исходя из ряда элементов, расположенных на рабочем поле макета.
После расчета и выбора элементов схемы определим входное и выходное сопротивления усилителя с обратной связью
,
,
где - коэффициент обратной связи;
- коэффициент усиления ОУ.
Частота верхнего среза определяется выражением:
,
где - частота единичного усиления.
Параметры операционного усилителя приведены в таблице …
3. Собрать схему рассчитанного усилителя (рис.3) на макете.
Рис.3. Усилитель постоянного тока
Рассчитанная схема создаётся на рабочем поле макета путем выбора элементов и их соединения в соответствии с принципиальной схемой. Соединение производится с помощью специальных проводников.
Балансировка ОУ представляет собой операцию по компенсации напряжения смещения в ОУ. Балансировка производится с помощью потенциометра R4, начало и конец которого подключены на входы R ОУ, а средний вывод – на отрицательный полюс источник питания -Uп. Для балансировки входы ОУ заземляются, и с помощью потенциометра R4 устанавливается напряжение Uвых=0. Балансировка позволяет компенсировать напряжение смещения в данный момент при действующих дестабилизирующих факторах.
Переменный резистор служит для коррекции нуля операционного усилителя, его сопротивление равно 10 кОМ; он включается в соответствии со схемой (рис. 4).
Рис.4. Схема коррекции нуля ОУ
4. Исследовать усилитель постоянного тока, сняв амплитудную, амплитудно-частотную и фазовую характеристики усилителя. Определить верхнюю частоту среза и фазовый сдвиг на этой частоте ( ).
Для исследования усилителя постоянного тока собирается схема (рис.5).
Рис.5. Схема для исследования усилителя постоянного тока
В этой схеме Ег - генератор низкочастотный Г3-36А, V1 – милливольтметр В3-38, V2 – вольтметр универсальный В7-28, Y – вход осциллографа.
Перед экспериментом необходимо произвести коррекцию нуля операционного усилителя, Для этого установить Ег=0, переключить V2 в режим измерения постоянного напряжения, и вращая ручку потенциометра R4 (рис.3), установить напряжение на выходе U2=0.
При снятии амплитудной характеристики к входу усилителя подсоединить генератор Г3-36А, и установить частоту 1 кГц и напряжение 10 мВ. На выход подключить мультиметр В7-28 и выбрать соответствующий режим работы. Задаваясь рядом значений напряжения , в соответствии с таблицей 2, измерить напряжение на выходе ОУ. По полученным данным построить амплитудную характеристику усилителя. В процессе измерения наблюдать форму выходного сигнала. Отметить, при каком напряжении наблюдается искажения формы сигнала. Объяснить наличие искажений.
Таблица 4
,мВ |
10 |
20 |
40 |
80 |
160 |
320 |
620 |
1240 |
,мВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Для снятия амплитудно-частотной и фазовой характеристик усилителя в схеме (рис. 5) на вход Х осциллографа подключить напряжение U2, на вход Y напряжение U1. Задать генератором входное напряжение U1=10 мВ и контролировать его постоянство по вольтметру V1. Напряжение на выходе U2 измерять вольтметром В7-26 в режиме измерения переменного напряжения. Установить частоту генератора 1 кГц, настроить осциллограф, получив на экране наклонную прямую. Задавая ряд значений частоты генератора, в соответствии с таблицей 3, измерять напряжение U2 и размеры эллипса «а» и «А» (рис. 6). Данные измерений занести в таблицу 4.
Рис.6. К определению фазового сдвига φ в усилителе
Рассчитать для заданных частот Кос =U2/U1 и угол сдвига фазы между входным U1 и выходным U2 напряжениями φ=arcsin a/A, данные занести в таблицу 3.
Таблица 4
f, Гц |
U2, B |
а, мм |
A, мм |
Koc |
φ, град |
Кос, dB |
50 |
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
500 |
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
|
|
|
2000 |
|
|
|
|
|
|
8000 |
|
|
|
|
|
|
10000 |
|
|
|
|
|
|
20000 |
|
|
|
|
|
|
100000 |
|
|
|
|
|
|
200000 |
|
|
|
|
|
|
По результатам расчета построить амплитудно-частотную и фазовую характеристики УПТ, определить верхнюю частоту среза и фазовый сдвиг на частоте верхнего среза . Следует вспомнить, что на частоте среза коэффициент усиления уменьшается в раз от своего максимального значения. Поэтому на АЧХ проводят линию, параллельную оси частот смещенную от максимального значения и находят абсциссу точки пересечения этой линии с ЛАЧХ, как показано на рис. 6. По найденной частоте среза определить фазовый сдвиг .
Рис. 6. Амплитудно-частотная и фазовая характеристики УПТ
5. Рассчитать емкость конденсатора в схеме усилителя с емкостной связью (рис.7).
Рис.7.Усилитель с емкостной связью
Емкость разделительного конденсатора определяется из выражения
.
6. Собрать схему усилителя с емкостной связью и снять амплитудно-частотную и фазовые характеристики усилителя переменного напряжения. Определить нижнюю частоту среза и верхнюю частоту среза и соответствующие им фазовые сдвиги ( ), ( ).
Конденсатор выбирается из группы пассивных элементов на рабочем поле макета, большим или равным рассчитанному, и включается последовательно с резистором .
Амплитудно-частотная и фазовые характеристики строятся также, как в пункте 4 (рис. 8). По построенным характеристикам графически находим частоты среза и сравниваем их с заданными.
Рис.8. Амплитудно-частотная и фазовые характеристики
усилителя с емкостной связью