Комплект приборов для выполнения лабораторной работы состоит из:
n лабораторного стенда;
n генератора гармонических сигналов Г3-106 (Г3-109);
n вольтметра В3-38;
n осциллографа С1-68;
n двухполярного источника питания лабораторного стенда с напряжением +15В; -15В.
Лабораторный стенд имеет на основном поле передней панели (рис.9) изображение четырех исследуемых схем линейных устройств на основе операционного усилителя. На правом дополнительном поле расположены выключатель питания SA 1, индикатор включения питания, условное обозначение формирователя сигналов прямоугольной формы, клемма выхода синхронизации осциллографа, и два потенциометра балансировки ОУ, ручки которых выведены под шлиц (регулируются только при настройке стенда).
Входные и выходные потенциальные контакты исследуемых усилителей, а также контакты некоторых их элементов имеют цифробуквенное обозначение:
1а - 8а; Iв - 8в. Эти контакты соединены внутри стенда с cоответствующими гнездами наборного поля, выполненного на базе розетки шестнадцатиконтактного соединения XS 1, расположенного на нижнем дополнительном поле передней панели. В этом же поле установлено две пары входных” 
” и входных “ 
“гнезд (зажимов). Сигнальные гнезда соединены с контактами 1а, 8а наборного поля, а другие - “ 
” с общей точкой схемы. Наборное поле позволяет с
 |
помощью специальных коротких проводников с плоскими штырями производить подключение к входным и выходным гнездам исследуемых усилителей и коммутировать их цепи обратной связи в соответствии с заданиями их экспериментальные исследования.
Полная принципиальная схема лабораторного стенда и номинальные значения ее элементов приведены на рис.10. На операционном усилителе DA I (140УД6) выполнены две схемы, расположенные в левой части основного поля стенда. На ОУ DA 3 (140УД8) выполнен формирователь импульсов прямоугольной формы, представляющий собой компаратор напряжений с положительной обратной связью. Назначение остальных элементов следующее:
R 1, С 1 - входная цепь, используемая в дифференцирующем усилителе;
R 2, R 5 - токоограничивающие резисторы входов ОУ DAI;
R 3, R 4 - входные резисторы дифференциального усилителя;
R 7 - резистор обратной связи усилителя ДА1;
С 2 - конденсатор устраняет самовозбуждение ДА1;
R 9, R 10, R 11 - входные резисторы сумматора сигналов;
R 14 - резистор обратной связи сумматора сигналов;
С 3, R 13 - цепь обратной связи интегратора на ОУ;
R 6, R 12 - входные резисторы неинвертирующих входов ОУ DAI и DA2;
 |
R 16 - входной токоограничивающий резистор компаратора;
R 17, R 18 - резисторы положительной обратной связи компаратора;
R 20, R 21 - резистивный делитель напряжения;
R 8, R 15, R 19 - входные токоограничивающие резисторы ОУ;
R 25, R 26 - резисторы балансировки ОУ;
SA 1 - выключатель питания;
R 24, HL 1 - элементы индикации включения питания;
VD 23. VD 24, R 22, R 23.С4, С 5 - элементы стабилизации напряжения питания и защиты стенда от помех, проникающих через общий источник питания;
XS 2 - клемма выхода сигнала синхронизации;
XS 3 - розетка штепсельного разъема кабеля электропитания;
VD 1, VD 2 - диоды защиты микросхем DА 1, DА 2, DА 3 от случайной переполюсовки источников питания.
4. ЗАДАНИЯ НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
И МЕТОДИКА ИХ ВЫПОЛНЕНИЯ.
Включить питание всех приборов: осциллографа CI-68, генератора Г3-33, вольтметра В3-38 и лабораторного стенда. Подготовить приборы к работе.
НАПОМИНАЕМ! Все исследуемые схемы собираются на стенде путем соединения их элементов и составных частей на наборном поле с помощью проводников.
4.1. Исследовать инвертирующий усилитель
Инвертирующий усилитель имеет: вход-гнездо 2а, выход-4а.
4.1.1. Проверка выполнения соотношения (2):
а) подать на вход усилителя гармонический сигнал от генератора Г3-109 с частотой 100 Гц и амплитудой 1В (эффективное значение 0,7В);
б) провести с помощью осциллографа или вольтметра, измерения напряжений: U вх (гнездо 2а), U вх- (1в), U вх+(2в) и U вых (гнездо 4а);
в) по закону Ома рассчитать токи I вх, I ос, I оу и проверить соотношение (2).
4.1.2. Проверить выполнение условий “виртуального замыкания” входов ОУ.
4.1.3. Экспериментально определить коэффициент усиления (Кu) инвертирующего усилителя, где Кu = U вых/ U вх;
а) измерения К u проводить на частоте 100 Гц при амплитуде входного сигнала 1В;
б) сравнить результаты эксперимента с расчетом.
4.1.4. зарисовать временные диаграммы входного и выходного сигналов инвертирующего усилителя.
Для получения устойчивой картины на экране осциллографа эксперимент проводить в режиме внешней синхронизации осциллографа от источника сигнала (соединить гнездо макета “синхронизация” со входом внешней синхронизации осциллографа).
4.2. Исследовать неинвертирующий усилитель
Неинвертирующий усилитель имеет вход-гнездо 3а, выход - 4а. Гнездо 2а заземлить, соединив его проводником с клеммой 
.
4.2.1. Повторить выполнение пунктов задания 4.1.
4.3. Исследовать дифференциальный усилитель
(усилитель разности сигналов)
Усилитель разности сигналов имеет 2 входа: неинвертирующий вход-гнездо 3а, инвертирующий вход - 2а, выход - 4а.
4.3.1. Зарисовать временные диаграммы входных (в точках 3а и 2а) и выходного (4а) сигналов, подав на инвертирующий вход гармонический сигнал от генератора Г3-33 с амплитудой 0.5В и частотой 100 Гц, а на неинвертирующий вход сигнал прямоугольной формы от генератора встроенного в макет (гнездо- 8в).
Измерения проводить в режиме внешней синхронизации осциллографа от макета.
4.3.2. Рассчитать коэффициент ослабления синфазного сигнала. К осс= U вх/ U вых.
Для расчета К осс, объединив входы усилителя разности и подав на них гармонический сигнал (Um =1B, f = 100 Гц) от генератора Г3-33, измерить с помощью осциллографа амплитуду входного и выходного сигналов.
Объяснить результат измерения.
4.4. Исследовать суммирующий усилитель
Суммирующий усилитель имеет: два входа (гнезда 5а, 6а) и выход-гнездо 7а. Гнезда 6в, 4в соединить проводником.
4.4.1. Повторить пункт 4.3.1 настоящего описания.
4.5. Исследовать дифференцирующий усилитель
Дифференцирующий усилитель имеет: вход-гнездо 3в, выход- 4а.
4.5.1. Снять АЧХ коэффициента усиления (зависимость коэффициента усиления от частоты К (f)= U вых/ U вх) в диапазоне частот (20...104) Гц при входном гармоническом сигнале амплитудой U вх=100мВ.
Результаты измерений занести в таблицу 1, рассчитать Кu и построить график К (f).
Таблица 1
| f (Гц) | 20 | 50 | 100 | 200 | 500 | 103 | 2.103 | 5.103 | 104 |
| lg f | 1.2 | 1.7 | 2.3 | 2.7 | 3.3 | 3.7 | |||
| U вых | |||||||||
| К |
4.5.2. Зарисовать осциллограммы входного и выходного сигналов дифференцирующего усилителя при подаче на его вход последовательности прямоугольных импульсов с частотой 100 Гц, от формирователя импульсов встроенного в макет (гнездо 8в).
Объяснить изменение формы выходного сигнала на выходе усилителя по сравнению с его входным сигналом.
4.6. Исследвать интегрирующий усилитель
Интегрирующий усилитель имеет: вход-гнездо 7а, выход- 7в. Гнезда 5в, 6в замкнуть проводником.
4.6.1. Повторить задание 4.5.1 настоящего описания при входном сигнале от генератора Г3-33 амплитудой 1В.
4.6.2. Повторить задание 4.5.2 настоящего описания на частотах 1 кГц и 100 Гц.
Объяснить изменение формы выходного сигнала и причину уменьшения амплитуды выходного сигнала с увеличением частоты сигнала на входе.
УКАЗАНИЕ К ОТЧЕТУ
Отчет должен содержать:
5.1. Заголовок: название работы, № группы, ФИО студента;
5.2. Результаты теоретических расчетов и графических построений;
5.3. Структурные схемы устройств на основе ОУ исследуемых в заданиях раздела 4;
5.4. Результаты измерений, расчеты и графики;
5.5. Выводы и сопоставление результатов измерений и теоретических расчетов.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ
6.1. Схема и основные соотношения для неинвертирующего усилителя на ОУ;
6.2. Схема и основные соотношения для инвертирующего усилителя на ОУ;
6.3. Схема и основные соотношения для дифференциального усилителя на ОУ;
6.4. Схема и основные соотношения для дифференцирующего усилителя на ОУ;
6.5. Схема и основные соотношения для сумматора;
6.6. Схема и основные соотношения для интегрирующего усилителя на ОУ;
6.7. Основные параметры и характеристики ОУ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
7.1. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника/М.: Высш. шк.,1991.-621с.
7.2. Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники/М.: Высш. шк.,1968.-646с.
