7201_lab_4_
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра РТЭ
отчет
по лабораторной работе №4
по дисциплине «Функциональные узлы и устройства микроэлектроники»
Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ГИРАТОРА НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ
Студент гр. 7201 |
|
Степанов М.Ю. |
|
|
Векленко Д.Д. |
|
|
Сикалов Д. |
Преподаватель |
|
Тупицын А.Д. |
Санкт-Петербург
2020
Цель работы: исследование гиратора, который реализуется с помощью двух интегральных преобразователей отрицательного сопротивления, определение его параметров и характеристик, ознакомление с областями применения.
Описание исследуемого гиратора
Рис. 1 – Схема исследуемого гиратора
Гиратор собран на операционных усилителях К140УД9, к входам которых подключены сопротивления 4,7 кОм, набор конденсаторов с переключателем К1 и набор сопротивлений с переключателем К2. Выходы ОУ подсоединены к «нулевым» точкам входов ОУ, что обеспечивает глубокую отрицательную обратную связь для обеспечения устойчивой работы гиратора. Дополнительная коррекция частотной характеристики ОУ создается с помощью конденсаторов, подключенных к выводам 8 и 11. Для развязки по цепям питания служат блокировочные конденсаторы.
Изменяя переключателем К1 значение емкости конденсатора в плече гиратора, можно получить необходимую эквивалентную индуктивность. При изменении переключателем К2 сопротивления R5 изменяется не только резонансная частота, но и добротность контура с гиратором.
Исследуемые схемы в программном пакете B2Spice
Параметры ОУ К140УД9
Uпит.ном — 2*12,6 В номинальное напряжение питания
Iпот — 8 мА ток потребления
Ku — 35*10³ коэффициент усиления напряжения
Uсм — 5мВ напряжение смещения нуля
TUсм — 20 мкВ/Сº температурный коэффициент напряжения смещения
Iвх — 350 нА входной ток
ΔIвх — 100 нА разностный входной ток
Кос.сф — 80 дБ коэффициент ослабления синфазного сигнала
f1 — 1,0 МГц частота единичного усиления
Vu — 0,2 В/мкс скорость нарастания выходного напряжения
Uвых.мах — 10 В максимальная амплитуда выходного напряжения
Rвх — 20 Мом входное сопротивление
Предельные эксплуатационные данные:
Uпит — 2*6…15 В интервал значения напряжения питания
Uдф.мах — 4 В допустимое значение дифференциального входного напряжения
Uсф.мах — 7 В допустимое значение синфазного входного напряжения
Rн min — 1 кОм минимальное сопротивление нагрузки
Сн мах — 100 пФ максимальная емкость нагрузки
Iвых мах — 22 мА предельный выходной ток
Обработка результатов
Определим вносимую гиратором индуктивность и резонансную частоту:
Пример расчета для C=0,2 мкФ, R=2кОм:
Таблица 1 Индуктивность и резонансная частота
C,мкФ |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,05 |
0,05 |
0,05 |
R,кОм |
4,7 |
10 |
2 |
4,7 |
10 |
2 |
4,7 |
10 |
2 |
L, Гн |
2,21 |
4,70 |
0,94 |
4,42 |
9,40 |
1,88 |
1,10 |
2,35 |
0,47 |
f0,Гц |
678 |
465 |
1039 |
479 |
328 |
734 |
958 |
657 |
1469 |
Измерим зависимость выходного напряжения от частоты в пределах 40 – 20000 Гц (Uвх=1,5 В) (C= 0,33 мкФ, R=4,7 кОм, K3 – в положении «индуктивность» ,R1=20 кОм):
Таблица 2 Зависимость выходного напряжения от частоты
f, Гц |
0 |
40 |
1000 |
2000 |
3000 |
4000 |
5000 |
6000 |
7000 |
8000 |
9000 |
Uвых, В |
0 |
0,041 |
0,862 |
1,27 |
1,365 |
1,419 |
1,459 |
1,47 |
1,482 |
1,483 |
1,483 |
Uвх=1,5 В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3 Амплитудно-частотная характеристика
Таблица 3 амплитудные характеристики на частоте 400 Гц:
Uвх, В |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Uвых, В |
0 |
0,254 |
0,533 |
0,803 |
1,069 |
1,341 |
1,603 |
1,886 |
2,134 |
2,391 |
2,662 |
Рис. 4 Амплитудная характеристика при f=400 Гц
Построим резонансные кривые при различных уровнях входного сигнала (1; 5; 12 В) и R=4,7 кОм C=0,1 мкФ и для переключателя K3 в положение «Контур» (R2=120 кО):
Рис. 5 Резонансные кривые при входных сигналах 1, 5 и 12 В
По рисунку 5 резонансная частота равна fP=670Гц
Повторим измерения для пункта 4 при R=4,7 кОм и ёмкости конденсатора, «коммутируемой» К1, равной 0,2мкФ:
Рис. 6 Резонансные кривые при входных сигналах 1, 5 и 12 В
По рисунку 6 резонансная частота равна fP=296Гц
Повторим пункт 4 при R=4,7 кОм и ёмкости конденсатора, «коммутируемой» К1, равной 0,47 мкФ:
Рис. 7 Резонансные кривые при входных сигналах 1, 5 и 12 В
По рисунку 7 резонансная частота равна fP=458 Гц
Повторим пункт 4 для C=0,1 мкФ и сопротивления, «коммутируемого» К2, равного 10кОм:
Рис. 8 Резонансные кривые при входных сигналах 1, 5 и 12 В
По рисунку 8 резонансная частота равна fP=448Гц
Повторим пункт 4 для C=0,1 мкФ и сопротивления, «коммутируемого» К2, равного 2 кОм:
Рис. 9 Резонансные кривые при входных сигналах 1, 5 и 12 В
По рисунку 9 резонансная частота равна fP=1001 Гц
Выводы: В ходе лабораторной работы был исследован гиратор.
В п. 1 были рассчитаны теоретические значения вносимой гиратором индуктивности и резонансные частоты.
В п. 2-3 были построены амплитудно-частотная характеристика выходного напряжения (рис. 3), на которой можно видеть два участка – линейный участок и участок насыщения, и амплитудная характеристика (рис 4) на которой наблюдается линейный рост выходного напряжения.
В п.4-8 были построены резонансные кривые при различных “положений ключей”, на них видно, что с ростом емкости и сопротивления резонансная частота уменьшается, что совпадает с теоретическими расчетами.