МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГОУ ВПО «Оренбургский государственный

аграрный университет»

Кафедра энергообеспечения сельского хозяйства

Е.Н. Патлахов

ЭЛЕКТРОНИКА

методические указания к лабораторному практикуму

по курсу «Электроника»

при работе на лабораторном стенде

«Электроника с МПСО» НТЦ-05.100

Оренбург 2008

УДК 621.3+621.38

П 20

Составитель: к.т.н., доцент

доцент кафедры «Энергообеспечение

сельского хозяйства» Е.Н. Патлахов

Рецензент: д.т.н., профессор

профессор кафедры «Энергообеспечение

сельского хозяйства» В.Г. Петько

Патлахов Е.Н.

Электроника: методические указания к лабораторному практикуму по курсу электроника при работе на лабораторном стенде «Электроника с МПСО» НТЦ-05.100: Пособие для студентов высших учебных заведений. – Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2008. – 193 с.: ил.

В методических указаниях представлены теоретические сведения о принципе действия и характеристиках различных полупроводниковых приборов, электронных схем и устройств. А именно: блоков питания, транзисторных схем, устройств на операционных усилителях, на цифровых интегральных микросхемах, программируемых логических интегральных схемах, микроконтроллеров. Представлены сведения об устройстве и составных частях лабораторного стенда, компьютерного измерительного комплекса. Методические указания содержат материалы для проведения лабораторного практикума по дисциплине «Электроника» при работе на лабораторном стенде «Электроника с МПСО» НТЦ-05.100.

Методические указания предназначены в качестве учебного пособия для студентов специальности 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» для всех специализаций. Могут быть также полезны для инженеров и аспирантов, занятых разработкой, применением и программированием электронных схем, устройств автоматики и др.

Материал пособия рассмотрен на заседании кафедры энергообеспечения сельского хозяйства и рекомендован для студентов вышеназванных специальностей. Протокол заседания кафедры № 2 от 14 октября 2008 г.

Заведующий кафедрой к.т.н., доцент Н.А. Маловский

Рекомендовано к изданию учебно-методической комиссией факультета механизации сельского хозяйства ФГОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет». Председатель комиссии, доцент И.К. Петина.

© Патлахов Е.Н., 2008

© Издательский центр ОГАУ, 2008

Содержание

Содержание 4

1 Описание лабораторного оборудования 5

2 ЛР № 1. Исследование схем однофазных неуправляемых и управляемых выпрямителей 21

3 ЛР № 2. Исследование схем пассивных и активных сглаживающих фильтров 30

4 ЛР № 3. Исследование схем компенсационных стабилизаторов напряжения 39

5 ЛР № 4. Исследование типовых схем усилителей на биполярных транзисторах 47

6 ЛР № 5. Исследование дифференциального усилительного каскада на биполярных транзисторах 57

7 ЛР № 6. Исследование двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности 64

8 ЛР № 7. Исследование операционного усилителя 70

9 ЛР № 8. Исследование линейных вычислительных схем на основе операционных усилителей 77

10 ЛР № 9. Исследование аналогового компаратора и триггера Шмидта на ОУ 88

11 ЛР № 10. Исследование автогенераторов гармонических колебаний 95

12 ЛР № 11. Исследование мультивибраторов на ОУ 103

13 ЛР № 12. Исследование типовых логических элементов 110

14 ЛР № 13. Исследование триггеров на логических элементах 116

15 ЛР № 14. Исследование схем регистров в интегральном исполнении 125

16 ЛР № 15. Исследование схем счетчиков и дешифраторов в интегральном исполнении 133

17 ЛР № 16. Исследование цифро-аналоговых преобразователей 141

18 ЛР № 17. Исследование аналого-цифровых преобразователей 148

19 Рекомендуемая литература 157

П 1. Программа «ОсциллогрГРАФ»……..................................................157

П 2. Работа с аналого-цифровым преобразователем (генератором)…...172

П 3. Инструкции по программированию микроконтроллера и ПЛИС...177

1Описание лабораторного оборудования

1.1Используемые приборы и оборудование:

1. Стенд лабораторный «Электроника с МПСО» НТЦ-05.100.

2. Персональный компьютер (ПК) с программным обеспечением (ПО).

3. Осциллограф электронный универсальный.

4. Мультиметр.

Стенд обеспечивает проведение следующих лабораторных работ – ЛР (см. табл. 1.1)

Таблица 1.1. Перечень лабораторных работ.

№ блока	№ ЛР	Наименование лабораторной работы
1	1	Исследование схем однофазных неуправляемых и управляемых выпрямителей. 1.1. Исследование схем однофазных неуправляемых выпрямителей. 1.2. Исследование схемы управляемого тиристорного выпрямителя.
	2	Исследование схем пассивных и активных сглаживающих фильтров.
	3	Исследование схем компенсационных стабилизаторов напряжения.
2	4	Исследование типовых схем усилителей на биполярных транзисторах. 4.1. Исследование усилителя по схеме с ОЭ. 4.2. Исследование усилителя по схеме с ОК.
	5	Исследование дифференциального усилительного каскада на биполярных транзисторах
	6	Исследование двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности. 6.1. Исследование усилителя на составном транзисторе. 6.2. Исследование усовершенствованного усилителя мощности.
3	7	Исследование операционного усилителя. 7.1. Исследование характеристик ОУ. 7.2. Исследование схемы инвертирующего усилителя на базе ОУ. 7.3. Исследование схемы неинвертирующего усилителя на базе ОУ.
	8	Исследование линейных вычислительных схем на основе операционных усилителей. 8.1. Исследование схемы сумматора на ОУ. 8.2. Исследование схемы дифференциатора на ОУ. 8.3. Исследование схемы интегратора на ОУ. 8.4. Исследование генератора линейно изменяющегося напряжения.
	9	Исследование аналогового компаратора и триггера Шмидта на ОУ. 9.1. Исследование схемы компаратора на ОУ. 9.2. Исследование триггера Шмидта на ОУ.
4	10	Исследование автогенераторов гармонических колебаний. 10.1. Исследование схемы RC-генератора на биполярном транзисторе. 10.2. Исследование схемы RC-автогенератора на ОУ с мостом Вина без АРУ. 10.3. Исследование схемы RC-автогенератора на ОУ с мостом Вина с АРУ.
	11	Исследование мультивибраторов на ОУ. 11.1. Исследование мультивибратора на ОУ. 11.2. Исследование ждущего мультивибратора на ОУ.
5	12	Исследование типовых логических элементов. Исследование логических элементов НЕ, И-НЕ, И.
	13	Исследование триггеров на логических элементах. 13.1. Исследование схемы RS-триггера на логических элементах. 13.2. Исследование схемы Т-триггера на логических элементах. 13.3. Исследование схемы синхронного RS-триггера на логических элементах.
	14	Исследование схем регистров в интегральном исполнении
	15	Исследование схем счетчиков и дешифраторов в интегральном исполнении 15.1. Исследование схем счетчиков в интегральном исполнении 15.2. Исследование схем дешифраторов в интегральном исполнении.
	16	Исследование цифро-аналоговых преобразователей.
	17	Исследование аналого–цифровых преобразователей.

Выполнение указанных работ обеспечивает установленное базовое электронное оборудование. Сверх этого данный стенд оснащен встроенной микропроцессорной системой измерения и генератором сигналов произвольной формы (ГСПФ), управляемым от ПК с помощью специального ПО.

Компьютеризированный стенд обеспечивает проведение еще пяти лабораторных работ:

- исследование микропроцессора (изучение архитектуры, программирование с ПК, работа со светодиодной четырехразрядной индикацией, работа в качестве таймера, совместная работа с ПЛИС и т.д.);

- исследование программируемой логической интегральной микросхемы – ПЛИС (изучение архитектуры, программирование с ПК, реализация любых устройств бинарной логики, в т.ч. всех устройств, используемых на стенде на дискретных элементах, работа с микропроцессором);

- исследование схемы активного фильтра низких частот на операционном усилителе (ОУ);

- исследование схемы активного фильтра высоких частот на ОУ;

- исследование схемы логарифмического усилителя на основе ОУ.

Встроенная микропроцессорная система измерения (измерительный комплекс - цифровой осциллограф):

- дает возможность наблюдать в одних осях входные, выходные и необходимые для уяснения физики процессов промежуточные сигналы в исследуемых схемах;

- позволяет измерить мгновенные, средние и действующие значения, отображаемых на мониторе, величин, произвести в реальном времени математические операции с сигналами (сложение, умножение и т.д.);

- производит спектральный анализ исследуемых сигналов, строит фазовый портрет.

Стенд работает с ПК через USB кабель. Для программирования микропроцессора и ПЛИС используется LPT порт.

Измерительный комплекс (цифровой осциллограф) 3ADC-7-1000-USB предназначен для исследования формы и измерения параметров электрических сигналов в полосе частот от 0 до 60 кГц с амплитудой до 750 В. Имеет три изолированных АЦП (порта). Измерительный канал АЦП обеспечивает: диапазон измерения напряжения по амплитуде ±750 В (2 шт.) и ±18 В (2 шт.), диапазон измерения тока по амплитуде ±7,5 А (3 шт.).

Генератор сигналов произвольной формы выполнен в форме приставки к измерительному комплексу. Генератор представляет собой 12-ти разрядный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), позволяющий получить на выходе сигнал произвольной формы.

Программное обеспечение, это «ОсциллоГРАФ v.0.1.0» - программа-визуализатор для цифровых осциллографов 3ADC-7-1000-USB и 1ADC-7-1000-USB-А. Программа выполняет функции настройки и калибровки АЦП в целом и отдельно каждого канала АЦП, визуализацию оцифрованных сигналов в виде графиков и рассчитанных характеристик.

Стенд лабораторный «Электроника с МПСО» НТЦ-05.100 изготовлен унитарным предприятием «Научно-техническое предприятие «Центр», г. Могилев, республика Беларусь. В методических указаниях использованы материалы НТП «Центр».