Для фільтра нижніх частот (ФНЧ) верхня частота зрізу визначається за формулою:
(3.3)
Для фільтра верхніх частот (ФВЧ) нижня частота зрізу визначається за формулою:
(3.4)
Резонансна частота смугового фільтра визначається за формулою:
(3.5)
Порядок виконання роботи
1 Підготувати до роботи осцилограф С1-55 та універсальний стенд
у відповідності до додатків А і Б. Накладна панель на стенді за № 6.
2 Дослідити неінвертуючий підсилювач (див. рис. 3.1, а).
Зняти та побудувати передатну характеристику підсилювача 
, для чого з'єднати провідником гнізда 
та 
. Вимірювати рівень вхідної та вихідної напруги слід за допомогою двох каналів осцилографа (
приєднати до 
(І), а 
– до 
(ІІ)). Змінюючи ручкою “ 
” вхідну напругу від мінімуму до максимуму визначити відповідні значення 
. Дані звести до таблиці 3.1.
Таблиця 3.1
 , В
| -10 | … | +10 |
| , В
| … |
Для лінійної частини характеристики розрахувати коефіцієнт підсилення за формулою (3.1).
Примітка. Вимірювання та можна здійснювати за допомогою цифрового вольтметра.
3 Дослідити інвертуючий підсилювач (див. рис. 3.1, б).
Зняти та побудувати передатну характеристику підсилювача , для чого з'єднати провідником гнізда та 
і змінювати за аналогією з п. 2, при цьому 
повинен бути вимкненим. Потім натиснути кнопку “ ” і повторити спочатку п. 3. Дані звести до таблиці 3.2.
Таблиця 3.2
| , В
| -10 | … | +10 | |
| , В
| вимкнений
| … | ||
| увімкнений
| … |
За даними таблиці 3.2 побудувати передатні характеристики та визначити коефіцієнти підсилення за формулою (3.2).
4 Дослідити схему додавання напруги на базі інвертуючого підсилювача (див. рис. 3.1, б).
Натиснути кнопку “ ” та з'єднати провідниками гнізда з та 
з 
. Для трьох значень вхідної напруги визначити відповідні значення вихідної напруги і дані звести до таблиці 3.3.
Таблиця 3.3
| , В
| +1 | +1 | +2 |
 , В
| +1 | -2 | -3 |
| , В
| |||
| Розраховане , В
|
розраховане визначається за формулою:
(3.6)
де 
кОм.
5 Дослідити роботу активного фільтра (див. рис. 3.2):
а) зняти та побудувати амплітудно-частотну характеристику ФНЧ, для чого натиснути кнопки “ 
” та “ 
”. Характеристика знімається шляхом вимірювання напруги (гніздо 
) при = 3 В, яка підтримується постійною за допомогою ручки 
. Частоту вхідного сигналу змінювати від 0,08 до 20 кГц, при цьому ручка “ 
” повинна находитись
у крайньому лівому положенні. Дані звести до таблиці 3.4;
Таблиця 3.4
| , В
| |||
 , кГц
| 0,08 | … | |
| , В
| … |
б) зняти та побудувати амплітудно-частотну характеристику ФВЧ (кнопки “ ” та “ ” відтиснуті). Порядок виконання – у відповідності
до п. 5, а;
в) зняти та побудувати амплітудно-частотну характеристику смугового фільтра (кнопка “ ” відтиснута, а “ ” – натиснута). Порядок виконання – у відповідності до п. 5, а;
г) визначити всі граничні частоти за формулами (3.3)–(3.5).
Примітка. При виконанні роботи шляхом моделювання на комп'ютері всі параметри елементів обирати у відповідності до рисунків 3.1 та 3.2.
3.3 Зміст звіту
1 Схеми дослідів.
2 Таблиці з результатами і графіки.
3 Висновки з кожного пункту досліджень.
3.4 Контрольні питання
1 Як визначити коефіцієнти підсилення схем на операційних підсилювачах?
2 Види фільтрів.
3 Принцип роботи активних фільтрів.
4 Розрахунок смуги пропускання активних фільтрів.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 4
Дослідження перетворювачів аналогових сигналів
Мета роботи: вивчити принципи дії та експериментально дослідити схеми визначення модуля сигналу, пристрою вибірки-зберігання (ПВЗ) та пікового детектора (ПД).
4.1 Короткі теоретичні відомості
Перед виконанням дослідів необхідно вивчити роботу схем перетворення сигналів за літературою [3].
Схема визначення модуля сигналу наведена на рисунку 4.1.
Вказана схема складається з підсилювача (DА1) та активного випрямляча на DА2, який у залежності від полярності вхідного сигналу змінює знак коефіцієнта передачі підсилювача.
Рисунок 4.1 – Схема визначення модуля сигналу
Схема працює відповідно до алгоритму:
Якщо 
< 0, то діод VD буде відкритим і з’єднує неінвертуючий вхід DА1 із загальною шиною через мале значення вихідного опору DА2, який працює в режимі повторювача напруги. DА1 при цьому має коефіцієнт передачі 
, тобто 
.
При > 0 діод VD закритий і коефіцієнт передачі DА1 буде дорівнювати одиниці:
тобто 
. Таким чином, вказана схема визначає модуль вхідного сигналу 
.
Схема пристрою вибірки-зберігання наведена на рисунку 4.2.
Рисунок 4.2 – Схема ПВЗ
При замиканні ключа 
підсилювачі DА1 та DА2 працюють як повторювачі напруги з високим вхідним та малим вихідним опорами,
при цьому 
.
При розмиканні ключа 
практично не змінюється до наступного замикання .
Схема пікового детектора показана на рисунку 4.3.
Рисунок 4.3 – Схема пікового детектора
Ця схема складається з двох каскадів на операційних підсилювачах DА1 та DА2, у яких забезпечується 100% зворотний зв’язок. Ключ призначений для розрядки конденсатора 
перед черговим вимірюванням максимуму вхідного сигналу.
Наведені схеми відповідають схемам, зображеним на накладній панелі універсального стенда. Вимірювання напруги в контрольних точках здійснюється цифровим вольтметром або осцилографом. Номінали елементів показані на схемах.
Порядок виконання роботи
1 Підготувати до роботи універсальний стенд відповідно до додатка А.
2 Провести дослідження схеми визначення модуля сигналу (див.
рис. 4.1):
а) зняти в масштабі експериментальні передатні характеристики всієї схеми 
та “ідеального діода” 
. змінюється ручкою “ ”, вимірюється в контрольній точці , а 
– у точці . Результати занести до таблиці 4.1;
Таблиця 4.1
| , В
| - 4 | - 2 | - 0,7 | - 0,3 | + 0,3 | + 0,7 | + 2 | + 4 |
| , В
| ||||||||
| , В
|
б) побудувати в масштабі характеристики за п. 2, а.
3 Дослідити пристрій вибірки-зберігання (див. рис. 4.2):
а) визначити швидкість зміни вихідної напруги (точка 
) після закінчення вибірки, для цього з’єднати провідником гнізда 
та , встановити ручкою “ ” = +2 В і за допомогою осцилографа проконтролювати наявність імпульсів управління в контрольній точці . Після чого встановити сигнал = +4 В і подати його провідником на вхід ПВЗ (
), контролювати в точці . Витягнути провідник з і відрахувати 10 секунд. Визначити, наскільки зміниться вихідна напруга
за 10 секунд і розрахувати швидкість її зміни;
б) повторити п. 3, а декілька разів для усереднення результатів експерименту;
в) розрахувати сумарний струм стікання 
, який визначає похибку зберігання сигналу, за виразом:
,
де 
– усереднена зміна вихідної напруги за 
= 10 сек.
4 Дослідити піковий детектор (див. рис. 4.3):
а) визначити швидкість зміни вихідної напруги (точка 
) для пікового детектора та розрахувати сумарний струм стікання за аналогією з пп. 3, а, 3,б та 3, в, з’єднавши перемичкою гнізда та 
. подавати на вхід пікового детектора (гніздо 
);
б) провести дослідження пікового детектора в динамічному режимі. Для цього з’єднати перемичками гнізда з та з . Встановити 
та проконтролювати наявність імпульсів у точці . Накреслити в масштабі осцилографами сигналів на вході () та виході () пікового детектора та пояснити їх природу.
4.3 Зміст звіту
1 Схеми дослідів.
2 Результати вимірювань та розрахунки.
3 Осцилограми за п. 4, б.
4 Висновки з кожного пункту досліджень.
4.4 Контрольні питання
1 Робота схем, які досліджувалися.
2 Застосування пікових детекторів.
3 Розрахунок основних параметрів схеми вибірки-зберігання.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 5
Дослідження компараторів
Мета роботи: вивчити та дослідити роботу компараторів.
5.1 Короткі теоретичні відомості
Перед виконанням роботи необхідно вивчити основні схеми та методику розрахунку пристроїв порівняння аналогових сигналів за літературою [1, 3].
Схема, яка досліджується, наведена на рисунку 5.1.
На наведеній схемі операційний підсилювач DА1 працює в імпульсному (ключовому) режимі. Для цього режим може набувати тільки двох значень – 
та 
, причому
.
Рисунок 5.1 – Схема пристрою порівняння аналогових сигналів
Якщо ключ буде розімкнений, то для зміни вихідної напруги
від до необхідно, щоб виконувалась умова:
(5.1)
де 
– коефіцієнт підсилення операційного підсилювача без зворотного зв’язку.
Для зміни вихідної напруги від до необхідно, щоб 
. Таким чином, вказана схема виконує роль пристрою порівняння напруги та .
Якщо замкнути ключ , то в схемі з’явиться позитивний зворотний зв’язок за допомогою резистора 
і схема буде виконувати роль тригера Шмідта. Коефіцієнт зворотного зв’язку
.
Якщо 
, то амплітудна характеристика схеми буде мати область неозначеності (має гістерезис). При цьому перехід від до і навпаки буде відбуватись при різній вихідній напрузі, яка називається напругою спрацювання 
та напругою відпускання 
. Вказані напруги визначаються за формулами:
, (5.2)
. (5.3)
Вимірювати вхідну та вихідну напруги необхідно за допомогою цифрового вольтметра.
Порядок виконання роботи
1 Підготувати до роботи універсальний стенд у відповідності до додатка А (для роботи використовувати панель № 7).
2 Провести дослідження компаратора:
а) зняти та побудувати амплітудні характеристики компаратора 
при фіксованих значеннях (ключ розімкнений). Регулювання та виконується відповідно ручками “ ” та “ ”. Вимірювання напруги виконується на відповідних гніздах 
та 
. Встановити три фіксованих значення 
, для кожного з яких, повільно змінюючи в обидва боки від фіксованого , визначити моменти переходу з одного стану в інший. Отримані результати оформити в таблицю 5.1 та подати у вигляді графіків;
Таблиця 5.1
| , В
| + 1 | – 2 | |
| , В
| |||
| , В
|
б) зняти та побудувати амплітудну характеристику компаратора 
при фіксованих значеннях аналогічно п. 2, а. Результати подати у вигляді графіків.
3 Виконати дослідження тригера Шмідта (ключ замкнений):
а) для трьох значень 
зняти та побудувати амплітудні характеристики, за якими визначити та . Для отримання амплітудної характеристики необхідно встановити , а потім, повільно змінюючи , зафіксувати момент переходів від до та навпаки. Результати звести до таблиці 5.2;
Таблиця 5.2
| , B
| + 1 | – 1 | |||||||
| , B
| … | … | … | ||||||
| , B
| … | … | … |
б) аналітично розрахувати та для трьох значень за формулами (12.2) та (12.3) та порівняти їх з експериментальними даними.
5.3 Зміст звіту
1 Схема пристрою порівняння сигналів.
2 Таблиці з результатами та графіки амплітудних характеристик.
3 Розрахунки за п. 3, б.
4 Висновки з кожного пункту досліджень.
5.4 Контрольні питання
1 Основні схеми пристроїв порівняння аналогових та цифрових сигналів.
2 Типи порогових пристроїв.
3 Схеми тригерів Шмідта на транзисторах та операційних підсилювачах.
4 Як експериментально визначити ширину гістерезису тригера Шмідта?
5 Як розрахувати та для тригера Шмідта на біполярних транзисторах?
