УДК 621.38. (075.8)
Електроніка та мікропроцесорна техніка: методичні вказівки до виконання лабораторних робіт (для студентів денної та заочної форм навчання спеціальності 7.092501) / уклад.: С. П. Сус. – Краматорськ: ДДМА, 2011. – 64 c.
Містяться вказівки до виконання чотирнадцяти лабораторних робіт, включаючи відомості з теорії, методику проведення експерименту та правила користування лабораторним обладнанням та приладами.
Укладач: С. П. Сус, доц.
Відп. за випуск Г. П. Клименко, проф.
 | |||||||
 |
ЗМІСТ
Вступ....................................................................................................... 4
1 Лабораторна робота 1. Дослідження підсилювальних каскадів
на біполярних та польових транзисторах.......................................... 5
2 Лабораторна робота 2. Дослідження диференційних каскадів
підсилення............................................................................................ 8
3 Лабораторна робота 3. Дослідження аналогових пристроїв та
активних фільтрів на операційних підсилювачах.............................. 12
4 Лабораторна робота 4. Дослідження перетворювачів
аналогових сигналів............................................................................ 16
5 Лабораторна робота 5. Дослідження компараторів......................... 20
6 Лабораторна робота 6. Дослідження генераторів імпульсів
на транзисторах та логічних елементах............................................ 23
7 Лабораторна робота 7. Дослідження генераторів на
операційних підсилювачах................................................................ 27
8 Лабораторна робота 8. Дослідження однофазних випрямлячів...... 30
9 Лабораторна робота 9. Дослідження безперервних
стабілізаторів постійної напруги...................................................... 34
10 Лабораторна робота 10. Дослідження системи фазового
управління тиристорами................................................................... 37
11 Лабораторна робота 11. Дослідження комбінаційних цифрових
схем................................................................................................... 40
12 Лабораторна робота 12. Дослідження тригерів.............................. 44
13 Лабораторна робота 13. Дослідження лічильників та регістрів.... 47
14 Лабораторна робота 14. Дослідження аналого-дискретних
перетворювачів.................................................................................. 51
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ.......................................................................... 57
Додаток А. Правила роботи з універсальним лабораторним
стендом........................................................................... 58
Додаток Б. Правила роботи з осцилографом С1-55........................ 60
Додаток В. Правила роботи з генератором Г3-53........................... 62
Додаток Г. Маркування опору резисторів....................................... 63
ВСТУП
Дані методичні вказівки складені відповідно до робочої програми курсу «Електроніка та мікропроцесорна техніка», що читається студентам спеціальності 7.092501 «Автоматизація технологічних процесів і виробництв».
Мета лабораторних робіт – поглиблення знань студентів з курсу, який присвячений вивченню методики проектування різних електронних пристроїв.
Перед виконанням лабораторної роботи студент повинен вивчити теоретичний матеріал за відповідною темою, познайомитися з методикою проведення експерименту та приготувати бланк звіту. Звіт складається на окремих аркушах формату А4 або на подвійних аркушах у клітинку зі звичайного шкільного зошита. У звіті потрібно вказати номер та назву лабораторної роботи, групу, ім'я та прізвище автора, схеми дослідів, таблиці з результатами досліджень і розрахунків, осцилограми, графіки, характеристики. Закінчується звіт висновками. Захист звіту відбувається на лабораторних або на додаткових заняттях.
Ступінь готовності до виконання лабораторної роботи встановлюється викладачем на початку занять.
Усі лабораторні роботи виконуються на універсальних лабораторних стендах із застосуванням додаткових вимірювальних приладів. Крім того, будь-яка лабораторна робота може бути виконана шляхом моделювання на комп'ютері за допомогою пакетів Electronics Workbench або Proteus.
Оскільки обладнання і прилади живляться від напруги 220 В, необхідно суворо дотримуватися правил з техніки безпеки.
Категорично забороняється виконувати будь-які перемикання в апаратурі сусідніх стендів, довільне вмикання стендів та приладів, що не використовуються в роботі. Особи, які порушують дане правило, несуть матеріальну відповідальність за ремонт обладнання, що вийшло з ладу за їх виною.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 1
Дослідження підсилювальних каскадів
на біполярних та польових транзисторах
Мета роботи: вивчити методику дослідження основних параметрів та характеристик попередніх каскадів підсилювачів змінної напруги.
1.1 Короткі теоретичні відомості
Перед виконанням дослідів необхідно познайомитися з параметрами та характеристиками підсилювачів за літературою [1–3].
У даній лабораторній роботі досліджуються два підсилювачі, принципові схеми яких наведені на рисунку 1.1.
а – підсилювач на біполярному транзисторі;
б – підсилювач на польовому транзисторі
Рисунок 1.1 – Схеми підсилювачів
Тумблерами 
та 
(рис. 1.1) вимикається негативний зворотний зв’язок за змінним струмом, а тумблерами 
та 
приєднується навантаження 
. Величина вхідного сигналу регулюється ручкою 
, а його частота – перемикачем кГц при повороті ручки 
у крайнє положення проти годинникової стрілки. Вказані ручки та перемикачі знаходяться на універсальному лабораторному стенді, правила роботи з яким наведені в додатку А.
Для отримання амплітудної характеристики 
необхідно частоту генератора встановити рівною 1 кГц (натиснути відповідну кнопку перемикача кГц), а вхідну напругу змінювати від нуля до максимуму.
Амплітудно-частотна характеристика 
знімається шляхом вимірювання вихідної напруги 
при зміні частоти, при цьому вхідна напруга 
не повинна змінюватись. Коефіцієнт підсилення 
можна визначити за формулою:
. (1.1)
Величина струму навантаження визначається за виразом:
. (1.2)
Вхідний струм підсилювачів визначають за формулою:
(1.3)
Величина вхідного опору 
може бути визначена як:
(1.4)
Вихідний опір підсилювачів визначають за формулою:
(1.5)
де 
– напруга на виході, коли 
не приєднане;
– напруга на виході при приєднаному .
Вимірювання напруги здійснюється за допомогою осцилографа або цифрового вольтметра. Для приєднання осцилографа використовуються гнізда “ 
(І)” та “ 
(ІІ)”, які розміщені на універсальному стенді.
Порядок виконання роботи
1 Підготувати до роботи осцилограф та універсальний стенд у відповідності до додатків А і Б.
2 Провести дослідження підсилювального каскаду на біполярному транзисторі (див. рис. 1.1, а):
а) зняти та побудувати амплітудні характеристики при відсутності зворотного зв'язку для двох випадків:
- навантаження увімкнено;
- навантаження відсутнє.
Для лінійної дільниці амплітудної характеристики визначити коефіцієнт підсилення:
Результати вимірювань звести до таблиці 1.1;
Таблиця 1.1
| , В
| ||||||||
| , В
| = 3,6 кОм
| |||||||
|
б) зняти та побудувати амплітудно-частотні характеристики при увімкненому навантаженні для двох випадків:
- зі зворотним зв'язком (зі З.З);
- без зворотного зв'язку (без З.З).
Результати вимірювань звести до таблиці 1.2.
Таблиця 1.2
 , В
| 0,1 | |||
| f, кГц | 0,08 | … | ||
 , В
| Зі 3.3 | … | ||
| Без 3.3 | … |
За результатами таблиці 1.2 визначити:
- коефіцієнти підсилення на середніх частотах 
;
- коефіцієнти частотних спотворень 
на частотах 0,08 кГц та
20 кГц;
- коефіцієнти підсилення за струмом 
та за потужністю 
на частоті 1 кГц;
в) визначити експериментальним шляхом вхідний та вихідний опори за формулами (1.4) та (1.5) для двох випадків:
- при наявності зворотного зв'язку;
- без зворотного зв'язку.
3 Провести дослідження підсилювального каскаду на польовому транзисторі (див. рис. 1.1, б). Усі дослідження та розрахунки виконувати
за аналогією з п. 2, тобто зняти та побудувати амплітудні, амплітудно-частотні характеристики та визначити вхідний і вихідний опори, враховуючи параметри елементів, які наведені на принциповій схемі. Розрахувати коефіцієнти підсилення.
Примітка. Якщо робота виконується шляхом моделювання на комп'ютері, то необхідно зібрати схеми підсилювачів у відповідності до рисунку 1.1, взявши всі елементи у відповідних меню. Типи транзисторів можна взяти з меню Transistors.
1.3 Зміст звіту
1 Схеми дослідів.
2 Таблиці з результатами.
3 Амплітудні та амплітудно-частотні характеристики.
4 Розрахунки коефіцієнтів підсилення та вхідних і вихідних опорів.
5 Висновки з кожного пункту досліджень.
1.4 Контрольні питання
1 Як визначити схему ввімкнення транзистора?
2 Як розрахувати вхідний та вихідний опори?
3 Дія зворотного зв'язку на параметри підсилювача.
4 Методика визначення дослідним шляхом амплітудних та амплітудно-частотних характеристик.
5 Схеми включення біполярних транзисторів.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 2
Дослідження диференційних каскадів підсилення
Мета роботи: дослідити передаточні характеристики та визначити параметри диференційних підсилювачів.
2.1 Короткі теоретичні відомості
Перед виконанням роботи необхідно вивчити особливості побудови підсилювачів постійного струму, їх параметри та характеристики за літературою [1–3].
Для підсилення сигналів постійного струму застосовуються диференційні каскади та операційні підсилювачі. Диференційні каскади підсилюють різницю сигналів і характеризуються диференційним коефіцієнтом підсилення 
, який визначається за формулою:
(2.1)
де 
та 
– вихідна та вхідна напруги.
Якщо на обидва входи подаються однакові напруги, то вихідна напруга прямує до нуля. У реальних схемах є коефіцієнт передачі синфазного сигналу 
, оскільки немає повної симетрії елементів. Якість ослаблення синфазного сигналу визначається коефіцієнтом
(2.2)
У даній роботі досліджуються два підсилювачі, принципові схеми яких наведені на рисунку 2.1.
а – диференційний підсилювач на транзисторах;
б – диференційний каскад на операційному підсилювачі
Рисунок 2.1 – Схеми диференційних підсилювачів
Показані на рисунку 2.1 джерела постійної напруги 
та 
використовуються для подачі сигналів (напруги) на входи підсилювачів.
Порядок виконання роботи
1 Підготувати до роботи осцилограф С1-55 та універсальний стенд
у відповідності до додатків А і Б.
2 Виконати дослідження диференційного підсилювача (рис. 2.1, а). При вимірюванні напруги застосовувати осцилограф або цифровий вольтметр:
а) зняти та побудувати передатну характеристику підсилювача 
при 
, для чого за допомогою з'єднувальних провідників приєднати джерело (
) до входу 1 (
), а (
) –
до входу 2 (
). Встановити (
) = 0. Змінювати (
) від мінус 1В до плюс 1В та фіксувати потенціали на колекторах 
і 
(гнізда 
та 
). Вихідна напруга визначається як 
з урахуванням знаку. Результати занести до таблиці 2.1.
Таблиця 2.1
| , В
| -1 | … | … | +1 | |
| , В
| |||||
| , В
| |||||
 , В
|
За даними таблиці 2.1 побудувати передаточну характеристику та визначити коефіцієнт підсилення
(2.3)
для лінійної ділянки. Визначити максимальне значення ;
б) дослідити ослаблення синфазного сигналу 
та підсилення диференційного сигналу 
. Для цього виміряти потенціали на колекторах та і визначити для двох випадків (таблиця 2.2), тобто 
та 
В, 
В.
Таблиця 2.2
| , В
| 0,4 | |
| , В
| 0,4 | |
| , В
| ||
| , В
| ||
| , В
|
Розрахувати коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу 
.
3 Дослідити диференційний каскад на операційному підсилювачі (рис. 2.1, б):
а) виконати балансування операційного підсилювача. Для цього приєднати джерело () на неінвертуючий вхід (
). Дільник 
, 
має коефіцієнт передачі 1:200. На вихід (
) приєднати вхід осцилографа Y1(І). Повільно повертаючи ручку “ ”, встановити на виході підсилювача () 
В і зафіксувати значення . Визначити напругу зміщення:
; (2.4)
б) не змінюючи положення ручки “ ”, приєднати джерело на інвертуючий вхід 
. Дільник 
, 
має коефіцієнт передачі 1:2000.
Не змінюючи балансування, зняти та побудувати передатну характеристику за аналогією з п. 2, а, враховуючи, що
. (2.5)
Величину змінювати від мінімуму до максимуму. Розрахувати коефіцієнт підсилення для лінійної дільниці характеристики:
; (2.6)
в) розрахувати вихідний опір підсилювача. Для цього виконати балансування згідно з п. 3, а, встановивши = 0. Потім повернути ручку “ ” у крайнє праве положення і, повільно повертаючи “ ” проти годинникової стрілки, встановити на виході підсилювача 
В і зафіксувати її. Натиснути кнопку “ ” (приєднати навантаження ) і зафіксувати нове значення 
. Вихідний опір визначити за формулою:
(2.7)
де = 3 кОм.
Примітка. Якщо робота виконується шляхом моделювання на комп'ютері, то величини всіх опорів необхідно брати згідно зі схемами (рис. 2.1), а величини і можна брати довільними. Усі елементи
для схем обираються з відповідних меню.
2.3 Зміст звіту
1 Схеми дослідів.
2 Таблиці з результатами і графіки.
3 Висновки з кожного пункту досліджень.
2.4 Контрольні питання
1 Принцип дії диференційного підсилювача.
2 Як визначити коефіцієнти диференційного та синфазного підсилення?
3 Методика визначення вхідного та вихідного опорів.
4 Методи підвищення коефіцієнтів підсилення.
5 Застосування динамічного навантаження.
6 Засоби зниження дрейфу нуля.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3
Дослідження аналогових пристроїв та активних фільтрів
на операційних підсилювачах
Мета роботи: дослідити роботу операційного підсилювача при різних видах зворотного зв'язку.
3.1 Короткі теоретичні відомості
Перед виконанням роботи необхідно вивчити особливості роботи операційного підсилювача, який має негативний зворотний зв'язок. Освоїти методи коригування амплітудно-частотної характеристики за допомогою частотно-залежного зворотного зв'язку [1 – 3].
Схеми неінвертуючого та інвертуючого підсилювачів наведені
на рисунку 3.1.
Коефіцієнт підсилення для неінвертуючого підсилювача (див. рис. 3.1, а) визначається за формулою:
, (3.1)
а для інвертуючого (див. рис.5.1, б) – за формулою:
. (3.2)
а – неінвертуючий підсилювач;
б – інвертуючий підсилювач
Рисунок 3.1 – Схеми підсилювачів
Схема активного фільтра наведена на рисунку 3.2.
Рисунок 3.2 – Схема активного фільтра
