ОУ

11

Описание лабораторного стенда

Лицевая панель лабораторного стенда, включающая его упрощенную схему и необходимые вспомогательные элементы, представлена на рис.1. Любая из исследуемых схем может быть построена подключением к выводам операционного усилителя (ОУ) соответствующих пассивных элементов с помощью переключателей S1...S5. Лабораторный стенд помимо исследуемого устройства включает в себя генератор входного сигнала и мультиметр, позволяющий измерять напряжения в контрольных точках каждого из исследуемых усилителей.

Показания мультиметра соответствуют амплитудному значению измеряемой величины, в том числе, и при измерении постоянных напряжений. Поэтому полярность измеряемого напряжения постоянного тока должна быть определена самостоятельно. Для повышения точности измерения предусмотрены три предела шкалы мультиметра. Первый - для диапазона измеряемых напряжений меньше 100 мВ (3 значащих цифры после запятой), второй - для напряжений до 1 В (2 значащих цифры после запятой) и третий – для напряжений до 10 В. Переключение шкал осуществляется с помощью кнопки "ЗНАЧЕНИЕ", расположенной под индикатором. Переключение измеряемой величины осуществляется «перелистыванием» страниц ЖКД с помощью кнопок ◄,►, расположенных под дисплеем.

Подключение мультиметра к необходимой контрольной точке осуществляется с помощью кнопок, расположенных под жидкокристаллическим дисплеем, отображающим измеряемую величину и ее значение. Генератор входного сигнала может формировать сигналы следующих видов: синусоидальный, постоянного тока и последовательности прямоугольных и треугольных импульсов. Частота сигнала может дискретно изменяться с помощью соответствующих кнопок, расположенных на лицевой панели лабораторного стенда. Амплитуда сигнала дискретно регулируется с помощью соответствующего аттенюатора. Полярность постоянного напряжения задается нажатием кнопки "УСТАНОВКА ЧАСТОТЫ", обеспечивающим зажигание светодиода у значения частоты, имеющего знак "+" или "-" (см.рис.1). В лабораторном стенде предусмотрена возможность подключения двухлучевого осциллографа к необходимым контрольным точкам. При этом с помощью соответствующих кнопок управления каждый канал осциллографа может независимо подключаться к любой контрольной точке.

Управление переключателями S1...S5 также осуществляется с помощью кнопок управления, расположенных в нижней части лицевой панели стенда, путем однократного нажатия на кнопку и удержания ее в течение 0,5 сек. Текущее положение любого переключателя индицируется зажиганием соответствующего светодиода.

Подключение двухлучевого осциллографа к лабораторному стенду осуществляется с помощью соответствующих разъемов, выведенных на заднюю панель стенда. Лабораторный стенд допускает возможность осуществления двух режимов работы: ручной, описанный выше и осуществляемый с помощью органов управления, расположенных на лицевой панели стенда.

.

12

Порядок выполнения работы

1. На постоянном токе исследуйте ход амплитудных характеристик UВЫХ = =f (UВХ), соответствующих четырём вариантам построения масштабных усилителей:

1)рис.4,а S1-3; S2-2; S3-2; S4-1(вкл); S5-2;

2)рис.4,а S1-3; S2-2; S3-2; S4-1(вкл); S5-3;

3)рис.4,б S1-1; S2-1; S3-1; S4-1(вкл); S5-2;

4)рис.4,в S1-1; S2-2; S3-2; S4-1(вкл); S5-2.

Снятие амплитудных характеристик производится при положительных и отрицательных значениях UВХ от 10-15 мВ и до максимального 0.75 В (по 5-7 точек для положительной и отрицательной полярности). Для второго варианта с помощью осциллографа определить точки перегиба амплитудной характеристики. Информация о полярности выходного напряжения может быть получена по показаниям осциллографа или рис.1.

По результатам проведенных измерений построить графики амплитудных характеристик, вычислить значения Kf и сравнить их с ожидаемыми, определяемыми соотно-

шениями на рис.4. Вычисление Kf изводить на основе соотношения Kf =∆ Uвых / ∆ Uвх, где ∆ Uвых и ∆ Uвх - приращения выходного и входного напряжений определенные по любым

двум точкам амплитудных характеристик.

2. Исследуйте влияние напряжения источника сигнала Uвх+ на входной ток Iвх-, протекающий по резистору R1. Для этого в схеме рис.4,в при Uвх-=0 (S1-1, S2-1, S3-2, S4- 2(выкл), S5-2) измерьте ряд значений падения напряжения на R1, отвечающих нескольким

значениям Uвх+, и вычислите Iвх-.

3. Исследуйте свойства дифференциального усилителя рис.5,б (S1-2, S2-2, S3-2, S4-1(вкл), S5-2). Исследование выполнить на постоянном токе в приведенной последовательности:

а) вычислите значение коэффициента усиления K+ = ∆Uвых/ ∆Uвх+, предварительно изме-

рив два значения напряжений Uвых и Uвх+ при Uвх- =0 (S2-1) и Uвых < 2 В;

б) вычислите значение коэффициента усиления K- =∆ Uвых / ∆ Uвх-, предварительно из-

мерив при Uвх+=0 (S1-3) напряжения Uвых и Uвх-, аналогично п.а) (S2-2);

в) по найденным значениям K+ и K- с помощью (2) определите основные параметры дифференциального усилителя: Kд , Kс и αсс;

4.Исследуйте свойства инвертирующего масштабного усилителя с трёхполюсным

элементом в цепи обратной связи. Для этого определите коэффициент передачи Kf в схеме рис.5в (S1-3, S2-2, S3-2, S4-1(вкл), S5-6) и сопоставьте его с ожидаемым, определенным соотношением (3). Измерение выполняется на частоте 100 Гц при уровне синусоидального входного сигнала 0.02 - 0.05 В. На этой частоте сопротивлением конденсатора C7 по сравнению с сопротивлением резисторов можно пренебречь.

5.Измерьте значения напряжения Uош вых (S1-3, S2-1, S3-1), соответствующие различным значениям коэффициента усиления Kf ош схемы на постоянном токе (при S5- 2, 3

и6). Для всех указанных схем вычислите напряжение Uош вх = Uош вых / Kf ош Вычисление Kf ош осуществите с помощью приведенных на рис.4,б соотношений. При этом учтите, что на постоянном токе ветви цепи, содержащие конденсаторы, являются ветвями с бесконечно большим сопротивлением (Z=∞).

13

6. Исследуйте на постоянном токе ход передаточной характеристики Uвых =f(Uвх) нелинейного устройства потенциирующего типа (рис.7,а) (S1-3, S2-2, S3-4, S4-1, S5-1). Измерения проводятся в диапазоне входных напряжений -0.2 В ... -0.50 В.

Результаты измерений представьте в виде графика, построенного в полулогарифмическом масштабе с использованием логарифмического масштаба по оси Uвых и линейного - по оси Uвх. Здесь же представьте график рассчитанной по (4) зависимости. Значения входящих в (4) независимых параметров m и I0 вычислите по результатам двух измерений Uвых и Uвх (Uвых1, Uвх1; Uвых2, Uвх2) с помощью вытекающих из (4) соотношений:

m=(Uвх2–Uвх1)/φt ln(Uвых2/Uвых1); I0= Uвых1/R exp(Uвх1/m φt),

где Uвх1 и Uвыsх1, Uвх2 и Uвыsх2, - координаты точек, лежащих на концах линейного участка графика амплитудной характеристики, построенной в полулогарифмическом масштабе.

7.Исследуйте на постоянном токе ход передаточной характеристики Uвыsх=f(Uвх) нелинейного устройства логарифмирующего типа (рис.7,б) (S1-3, S2-2, S3-2, S4-1, S5-5). Измерения проводятся в диапазоне входных напряжений от минимально возможного до 0.050 В. Результаты измерений представьте в виде графика, построенного в полулогарифмическом масштабе с использованием логарифмического масштаба по оси Uвх и линейного

-по оси Uвых. Здесь же представьте график зависимости, рассчитанной по (5) с использованием найденных в п.6 значений m и I0.

8.При синусоидальном входном сигнале Uвх≈0,02 В исследуйте ход АЧХ масштабного усилителя (рис.4,а) ((S1-3, S2-2, S3-2, S4-1) в области частот 1 кГц≤18 кГц. для этого при трех вариантах схемного построения (S5-2,3 и 6) снимите зависимость

Uвых=Uвых(f). Результаты измерения представьте в виде логарифмических амплитудночастотных характеристик (ЛАЧХ) коэффициента усиления подобно графикам рис.11.

ните как путем измерения амплитудно-частотной характеристики (зависимости Кf от частоты), так и путем наблюдения осциллограмм выходного напряжения при различных формах входного сигнала. Перед измерением АЧХ установите Uвых=2 В для дифференцирую щей схемы на частоте 18 кГц, а для интегратора - на 10 Гц. Измерьте также значения входных сигналов на указанных частотах. Результаты измерений представьте в виде ЛАЧХ коэффициента усиления, построенных с использованием координатных осей графиков п.8.

10. Исследуйте свойства мультивибратора рис.13 (S3-5, S5- 1 и 2), измерив значения длительности импульсов tи, отвечающих значению параметра β схемы рис.13 (S1-5). Измерение tи осуществите с помощью осциллографа. Измеренные значения tи сопоставьте со значениями, получающимися на основе соотношения (10).