ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Стр 1 из 7Следующая ⇒

В.К. Усольцев

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Методические указания к лабораторным работам

Для студентов специальностей:

140600 – «Электротехника, электромеханика и электротехнология»;

140604 – «Электропривод и автоматика промышленных установок»;

140608 – «Электрооборудование и автоматика транспорта».

Владивосток

2007 г.

Физические основы электроники: Методические указания к лабораторным работам / сост. В.К. Усольцев. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. – 48 с.

Методические указания предназначены для проведения лабораторных работ по курсу «Физические основы электроники» для студентов электротехнических специальностей: 140600 – «Электротехника, электромеханика и электротехнология»; 140604 – «Электропривод и автоматика промышленных установок»; 140608 – «Электрооборудование и автоматика транспорта». Указания содержат программу выполнения лабораторных работ, методические указания к программе лабораторных работ и варианты выполнения лабораторных работ.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Лабораторная работа № 1. Исследование характеристик

полупроводниковых приборов ……………………………………… 3

2. Лабораторная работа № 2. Усилительный каскад переменного тока

с общим эмиттером …………………………………………………… 9

3. Лабораторная работа № 3. Исследование схем на базе

операционного усилителя ……………………………………………… 18

4. Лабораторная работа № 4. Исследование комбинационных

Логических схем ………………………………………………………… 26

5. Лабораторная работа № 5. Функциональный преобразователь

на операционных усилителях ………………………………………… 33

6. Лабораторная работа № 6. Исследование многофункционального

генератора периодических сигналов ………………………………… 38

7. Лабораторная работа № 7. Формирование частотнозависимых

характеристик усилителя …………………………………………….. 41

8. Лабораторная работа № 8. Исследование компенсационного

стабилизатора напряжения …………………………………………… 45

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

«Методические указания» «Варианты задания» «Содержание»

ПРОГРАММА ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1.1.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Приобрести навыки практического определения основных параметров полупроводниковых приборов (ПП). Закрепить знания по принципам работы ПП.

Исследование стабилитрона

1.1.2.1. Используя моделирующий пакет программ Electronics Workbench собрать испытательную схему рис.1.1.

Рис.1.1. Схема исследования характеристик стабилитрона

Параметры источника постоянного напряжения и резистора R2 выбираются из удобства снятия характеристик. При снятии участков вольт - амперной характеристики (ВАХ) 1 и 3 (см. рис.1.3.) характеристики источника Е с резистором R2 должны быть ближе к источнику тока, а при снятии участка 2 ближе к источнику напряжения.

1.1.2.2. Изменяя параметры резисторов R1, R2 и источника Е снять не менее пяти точек на каждом из участков ВАХ стабилитрона. Диапазон измеряемых токов стабилитрона принять равным . Результаты измерений свести в табл.1.1. Построить ВАХ стабилитрона .

Рассчитать дифференциальные сопротивления стабилитрона для средней части участков 1, 2, 3 ВАХ стабилитрона (см. рис.1.3.).

, (1.1)

где i, i+1 – номера экспериментальных точек в порядке возрастания тока стабилитрона.

Таблица 1.1.

Вольтамперная характеристика стабилитрона типа 1N4728

U_СТ, В
I_СТ, мА

Вольтамперные характеристики и схема замещения

Биполярного транзистора

Наиболее полно статические параметры биполярного транзистора описываются входной ВАХ и семейством выходных характеристик. Входная ВАХ транзистора при U_КЭ= const практически не зависит от напряжения коллектор-эмиттер и повторяет ВАХ p-n перехода (см. рис.1.3). Выходные характеристики транзистора при I_Б= const приведены на рис.1.4.

Рис.1.4. Выходные характеристики биполярного транзистора

1 – зона насыщения,

2 – активная зона,

3 – зона отсечки.

На семействе выходных характеристик транзистора можно выделить три зоны: 1 – зона насыщения, в которой транзистор полностью открыт и его напряжение коллектор-эмиттер минимально; 2 – активная зона, в которой ток коллектора пропорционален току базы; 3 – зона отсечки, когда транзистор полностью закрыт, а его коллекторный ток минимален.

Так как характеристики ПП приборов не линейны, то при аналитических расчетах используются дифференциальные параметры. Дифференциальные параметры определяются как производные в конкретных точках характеристик.

Рис.1.5 иллюстрирует методику определения дифференциального сопротивления. Дифференциальное входное сопротивление транзистора определяется по входной ВАХ транзистора, как отношение приращения напряжения к приращению тока для касательной, проведенной через точку А, в которой определяется это сопротивление. Аналогично определяется любое дифференциальное сопротивление.

Рис.1.5. Методика определения входного сопротивления транзистора

Входное дифференциальное сопротивление транзистора равно

. (1.7)

Из рис.1.4. видно, что в активной зоне транзистор ведет себя как источник тока, управляемый базовым током, поэтому основным параметром транзистора является коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером

, при U_КЭ = const. (1.8)

Определение иллюстрируется рис.1.4, а . В общем случае зависит от тока коллектора и температуры перехода. При аналитических расчетах широко применяют схемы замещения транзистора, которые описывают транзистор линейной схемой и справедливы для сравнительно небольших изменений токов и напряжений. На рис.1.6, а приведена более полная, а на рис.1.6, б упрощенная схемы замещения биполярного транзистора.

Рис.1.6. Схемы замещения транзистора

r_K, r_Б, r_Э – коллекторное, базовое и эмиттерное дифференциальные сопротивления транзистора,

С_К, С_БЭ – емкости переходов коллектор-база и база-эмиттер,

- дифференциальное входное сопротивление.

Для сопротивлений выполняется соотношение , поэтому эмиттерное сопротивление в выходной цепи схемы замещения транзистора на рис.1.6, б не учитывается.

«Программа» «Методические указания» «Содержание»

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЯ

Таблица 1.6

Варианты исследуемых элементов

№ вариан.	Стабилитрон	Транзистор	№ вариан.	Стабилитрон	Транзистор
	1N4728	2N2218		1N4747	2N4124
	1N4732	2N4014		1N4746	2N4014
	1N4736	2N2222		IN4743	2N3947
	1N4738	2N4124		1N4739	2N3907
	1N4742	2N3391		1N4737	2N3707
	1N4744	2N3907		1N4735	2N3391
	1N4746	2N3707		1N4733	2N2218
	1N4748	2N3947		1N4729	2N2222

СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 1.7.

Параметры транзисторов малой и средней мощности n-p-n типа

Тип	2N2218	2N2222	2N3391	2N3707	2N3907	2N3947	2N4014	2N4124
I_Kmax, A	0.8	0.8	0.5	0.03	0.03	0.2	0.5	0.2
U_КЭ_max, B
P_Kmax, Bт	0.8	0.5	0.62	0.36	0.3	0.35	0.35	0.35
h₂₁_Э
С_К, пФ

Все стабилитроны имеют допустимую мощность Р_доп = 1 Вт. Напряжение U_СТи сопротивление r_СТопределяются экспериментально, допустимый ток стабилизации определяется по выражению .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.5.1. Работа p-n перехода?

1.5.2. Вид ВАХ диода?

1.5.3. Вид ВАХ стабилитрона?

1.5.4. Принцип работы транзистора?

1.5.5. Вид входной характеристики транзистора?

1.5.6. Вид выходной характеристики транзистора?

1.5.7. Принцип определения дифференциальных параметров?

1.5.8. Область допустимого применения дифференциальных параметров?

1.5.9. Факторы, влияющие на параметры транзистора? стабилитрона?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2.

С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ

«Методические указания» «Варианты» «Содержание»

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

«Программа» «Методические указания» «Содержание»

Таблица 2.3

Варианты заданий к лабораторной работе

№ варианта	Транзистор	R_H, Ом	R_Г, Ом	f_H, Гц	Е_П, В
	2N2218
	2N4014
	2N2222
	2N4124
	2N3391
	2N3907
	2N3707
	2N3947
	2N4124
	2N4014
	2N3947
	2N3907
	2N3707
	2N3391
	2N2218
	2N2222

Таблица 2.4

Шкала номиналов резисторов

1.0	1.1	1.2	1.3	1.5	1.6	1.8	2.0	2.2	2.4	2.7	3.0
3.3	3.6	3.9	4.3	4.7	5.1	5.6	6.2	6.8	7.5	8.2	9.1

Таблица 2.5

Шкала номиналов конденсаторов

1.0

1.2

1.5

1.8

2.2

2.7

3.3

3.9

4.7

5.6

6.8

8.2

Номинал получается умножением значения шкалы на любую (положительную или отрицательную) степень десяти.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

2.4.1. Обеспечение начального режима каскада.

2.4.2. Влияние параметров элементов на начальный режим каскада.

2.4.3. Коэффициенты усиления каскада.

2.4.4. Влияние параметров элементов на коэффициенты усиления каскада.

2.4.5. Частотные свойства каскада.

2.4.6. Связь частотных свойств каскада с параметрами элементов.

ЛАБОРТОРНАЯ РАБОТА № 3

Цель работы

Определение основных параметров операционного усилителя интегрального исполнения. Знакомство с основными схемами, реализуемыми с помощью операционного усилителя. Приобретение навыков расчета и исследование основных схем включения операционного усилителя.

Нелинейный усилитель

Согласно табл.3.1 собрать схему усилителя. Снять и построить зависимость U_ВЫХ= f(U_ВХ). Определить значения коэффициента усиления на отдельных характерных участках.

Исследование компаратора

3.1.7.1. Согласно табл.3.1 собрать схему. Изменяя U_ВХ от минимального до максимального значения и обратно, снять и построить зависимость U_ВЫХ= f(U_ВХ1) при U_ВХ2=0.

3.1.7.2. Повторить п. 3.1.7.1. при заданном в табл.3.1 значении U_ВХ2.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

«Программа» «Варианты» «Содержание»

Компараторы сигналов

Компаратором (схемой сравнения) называется устройство, сравнивающее два сигнала, и формирующее дискретный (логический) выходной сигнал согласно уравнению

, (3.8)

где U_m – модуль напряжение насыщения ОУ,

sign – оператор выдающий знак своего аргумента, стоящего в скобках.

Рис.3.6. Схемы компараторов на операционном усилителе

В схемах рис.3.6, а и рис.3.6, б сравниваемые сигналы подаются на один из входов ОУ, изменение выходного напряжения происходит при равенстве нулю суммы входных токов I₁ + I₂ = I_ВХ= 0, или при .

Максимальное выходное напряжение компаратора ограничивается насыщением или одной ранее рассмотренной схемой ограничения выходного напряжения. Для изменения выходного напряжения во всем диапазоне в компараторах без положительной обратной связи (схемы рис.3.6, а - рис.3.6, в) необходимо малое, но конечное изменение входного напряжения . Зависимость для схемы рис.3.6, а, при фиксированном напряжении U₂ приведена на рис.3.7, а. Если пренебречь величиной , то работа схемы рис.3.6, а описывается уравнением (3.9), а схемы рис.3.6, б уравнением (3.10).

, (3.9) . (3.10)

Уравнение работа схемы рис.3.6, в . (3.11)

Резисторы R₁ и R₂ выполняют защитные функции и могут отсутствовать.

В схеме рис.3.6, г введена положительная обратная связь через делитель, выполненный на резисторах R₁ и R₂, при этом резистор R₃ выполняет защитную функцию и может отсутствовать. Зависимость при фиксированном значении напряжения U₂ приведена на рис.3.7, б, где

напряжение срабатывания , (3.12)

напряжение отпускания , (3.13)

ширина петли гистерезиса . (3.14)

Компаратор с положительной обратной связью обеспечивает четкое, однозначное переключение. Ширина петли, при необходимости, может быть достаточно узкой (единицы милливольт).

Рис.3.7. Статические характеристики компараторов

а) – для схемы рис.3.6, а, б) – для схемы рис.3.6, г.

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

«Программа» «Методические указания» «Содержание»

Варианты схем нелинейных усилителей

Рис.3.8. Рис.3.9.

Примечание: Для всех схем R₁= 20кОм, R₂= 60кОм, U_CT = 5В.

Рис.3.10. Рис.3.11.

Рис.3.12. Рис.3.13.

Таблица 3.1

Варианты выполняемых пунктов лабораторной работы

Вари-	Пункты лабораторной работы
анты	3.1.3.1.	3.1.3.3.	3.1.4.	3.1.5.	3.1.6.	3.1.7.1.	3.1.7.2.
	K_U1=1 K_U2=2	U₂=1.5В	K_U=3.0	не делать	R₁=40к R₂=60к R_Н=20к	рис.3.6, а R₁=20к R₂=100к	U₂=1В
	K_U1=0.5 K_U2=2	U₁=3В	K_U=1.0	не делать	R₁=20к R₂=40к R_Н=30к	рис.3.6, г R₁=20к R₂=80к	U₂= -1В
	K_U1=3 K_U2=1	U₂=2.5В	K_U=1.2	рис.3.8	не делать	рис.3.6, в R₁=60к R₂=100к	U₂=2.5В
	K_U1=4 K_U2=0.8	U₂=2В	K_U=1.4	рис.3.9	не делать	Рис.3.6, б R₁=60к R₂=100к	U₂=1.5В
	K_U1=5 K_U2=2.5	U₁=0.5В	K_U=1.5	рис.3.10	не делать	рис.3.6, а R₁=40к R₂=60к	U₂=2.3В
	K_U1=3 K_U2=0.6	U₂=2В	K_U=1.8	рис.3.11	не делать	рис.3.6, г R₁=20к R₂=100к	U₂=1.5В
	K_U1=4 K_U2=2	U₁=0.5В	K_U=2.0	рис.3.12	не делать	рис.3.6, в R₁=20к R₂=40к	U₂=3В
	K_U1=5 K_U2=1	U₂=1.5В	K_U=4.0	рис.3.13	не делать	рис.3.6, б R₁=80к R₂=20к	U₂=2В

Примечание: Пункт 3.1.2. программы выполняется во всех вариантах лабораторной работы.

Рис.3.14 Методика определения параметров ОУ по экспериментальной статической характеристике

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

3.4.1. Основные параметры операционного усилителя.

3.4.2. Работа основных схем на базе операционного усилителя.

3.4.3. Статические характеристики отдельных схем. 5.4. Основы расчета схем на базе операционного усилителя.

3.4.5. Методика экспериментального определения дифференциального коэффициента усиления, напряжения смещения, напряжений насыщения.

3.4.6. Приближенный расчет статических характеристик нелинейного усилителя при идеализации характеристик нелинейных элементов.

ЛАБОРТОРНАЯ РАБОТА № 4

Цель лабораторной работы

Ознакомиться с основными логическими элементами, приобрести навыки анализа и разработки простейших логических схем.

Исследования сумматора

4.1.4.1. Согласно варианту лабораторной работы и приложения 3 собрать схему арифметического сумматора.

4.1.4.2. Составить таблицы соответствия для суммы и переноса.

4.1.4.3. По логической схеме и таблице соответствия составить логические формулы для суммы и переноса. Доказать тождественность формул, полученных различными способами.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

4.2.1. Основные определения алгебры логики

Логической называется переменная, которая может принимать только два значения «0» (логический ноль) или «1» (логическая единица). Логическому нулю обычно соответствует низкое, а логической единице высокое значение напряжения. Далее логические переменные будем обозначать строчными буквами латинского алфавита.

«Программа» «Варианты» «Содержание»

Логической функцией называется функция логических переменных, принимающая только два значения «0» или «0». Далее логические функции будем обозначать прописными буквами латинского алфавита.

Логическая функция называется комбинационной, если она определяется только значениями своих аргументов в данный момент времени и не зависит от предыдущих значений аргументов и самой функции. Из всего многообразия комбинационных логических функций часть наиболее употребительных принимается за базовые и через них выражаются все остальные функции. Перечень таких функций приведен в табл.4.1.

Операция «ИЛИ» называется логической суммой (дизъюнкцией), ее значение равно «1», если хотя бы один из аргументов равен «1».

Операция «И» называется логическим умножением (конъюнкцией), ее значение равно «0», если хотя бы один из аргументов равен «0». Знак логического умножения может опускаться.

Таблица 4.1

Основные комбинационные логические функции

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 4

Приложение 4.1

Варианты выполнения пунктов программы лабораторной работы

Пункт	Номер варианта задания к лабораторной работе

4.1.2.	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
4.1.3.
4.1.4.					-					-
4.1.5.	-	-	-	-	+	-	-	-	-	+	-	+	-	-

ПРИМЕЧАНИЕ: + Пункт выполняется, - пункт не выполняется.

Приложение 4.2

Варианты логических формул

№	Логическая формула	№	Логическая формула

Приложение 4.3

Варианты схем сумматоров

Вариант 1 Вариант 2

Вариант 3 Вариант 4

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

4.4.1. Способы представления логических функций?

4.4.2. Набор базовых логических функций, используемый в работе?

4.4.3. Правила преобразования логических выражений?

4.4.4. Принципы получения таблицы соответствия, карты Карно?

4.4.5. Получение логической формулы по словесному описанию, таблице соответствия, карте Карно?

4.4.6. Минимизация логических выражений?

4.4.7. Преобразование логической формулы для возможности реализации ее на конкретном наборе логических элементов?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ПРОГРАММА РАБОТЫ

«Схема» «Варианты» «Содержание»

5.3.1. Варианты задания

Значения напряжений, при которых происходит излом статической характеристики ФП, и значения дифференциальных коэффициентов усиления на ее отдельных участках для различных вариантов лабораторной работы сведены в табл.5.1.

Теоретические расчеты

5.3.2.1. Рассчитать теоретические значения коэффициентов усиления по отдельным входам для нелинейных элементов, без учета диодов.

5.3.2.2. Рассчитать напряжения смещения для первого и второго нелинейных элементов, обеспечивающие заданные значения напряжений излома статической характеристики ФП.

5.3.2.3. Рассчитать необходимые значения коэффициентов усиления усилителя по отдельным входам, обеспечивающие заданный наклон статической характеристики ФП на всех участках.

5.3.2.4. Для заданного варианта построить теоретические статические характеристики отдельных нелинейных элементов и всего функционального преобразователя.

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 5

Таблица 5.1

Варианты напряжений перегиба и коэффициентов усиления

Номер варианта	U₁, B	U₂, B	К₁	К₂	К₃
	-2, 2	2, 5	0, 7	-1, 0	-0, 2
	-3, 5	2, 6	0, 0	-1, 0	0, 9
	-1, 0	4, 6	0, 3	-1, 0	0, 5
	-4, 1	3, 2	-0, 2	-1, 0	0, 8
	-2, 3	5, 0	0, 5	-1, 0	-0, 2
	-5, 0	1, 5	-0, 5	-1, 0	0, 3
	-1, 9	3, 9	0, 4	-1, 0	0, 7
	-2, 9	4, 3	0, 6	-1, 0	0, 4
	0, 0	5, 2	0, 0	-1, 0	-0, 1
	-1, 5	3, 2	-0, 1	-1, 0	-0, 3
	-2, 8	2, 1	0, 3	-1, 0	0, 7
	-4, 5	2, 9	0, 5	-1, 0	0, 3

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

5.5.1. Вид вольт – амперной характеристики диода?

5.5.2. Вид статических характеристик суммирующего усилителя на ОУ?

5.5.3. Принцип формирования характеристики НЭ?

5.5.4. Влияние диодов и смещения на статическую характеристику НЭ?

5.5.5. Влияние номиналов резисторов в схеме НЭ на его характеристику?

5.5.6. Влияние напряжения смещения в схеме НЭ на его характеристику?

5.5.7. Влияние характеристик НЭ на формирование характеристики ФП?

5.5.8. Влияние коэффициентов суммирующего усилителя на статическую характеристику ФП?

«Схема» «Программа» «Варианты» «Содержание»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ПРОГРАММА РАБОТЫ

6.3.1. Осциллографируя напряжение U₁ при двух крайних положениях потенциометра R4, определить частотный диапазон работы ГПС и амплитуду напряжения U₁_max.

6.3.2. Рассчитать теоретический частотный диапазон работы ГПС, если его частота определяется выражением (1).

, где , . (6.1)

6.3.3. Рассчитать амплитуду напряжения U₂ по формуле

. (6.2)

6.3.4. Определить, с помощью осциллографа, действительную амплитуду напряжения U₂.

6.3.5. Осциллографируя напряжение U₄, установить потенциометры R16 и R18 в такие крайние положения, чтобы они не влияли на форму напряжения U₄.

6.3.6. Потенциометром R1 установить такую амплитуду напряжения U₃, чтобы напряжение U₄ по форме приближалось к синусоидальному.

6.3.7. Потенциометрами R16, R18 устранить острые углы в районе максимума и минимума напряжения U₄.

6.3.8. Замерить амплитуду синусоидального напряжения U₄ и треугольного напряжения U₃.

6.3.9. Изменяя потенциометром R4 частоту ГПС, убедиться, что форма и амплитуда напряжения U₄ не зависит от частоты.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.4.1. Работа компаратора на микросхеме DA1, его статическая характеристика, чем определяется ширина петли статической характеристики?

6.4.2. Работа мультивибратора на микросхеме DA1? От чего зависит период колебаний?

6.4.3. Методика графо – аналитического расчета напряжения U₄ по известному напряжению U₃?

6.4.4. Доказать справедливость формул (6.1) и (6.2)?

6.4.5. Объяснить работу схем ограничения на диодах VD1 и VD2?

«Схема» «Программа» «Содержание»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

ПРОГРАММА РАБОТЫ

7.1.1. Цель работы: Освоить методику синтеза заданной частотной характеристики операционного усилителя путем выбора вида и параметров входного четырехполюсника и четырехполюсника цепи обратной связи.

7.1.2. Для заданного варианта передаточной функции усилителя (см. табл.7.1) выбрать входной и выходной четырехполюсники, обеспечивающие ее реализацию.

7.1.3. Разработать принципиальную схему усилителя и составить систему уравнений, связывающую номиналы элементов с параметрами заданной передаточной функции. Рассчитать номиналы элементов и округлить их до стандартных значений 5%-ой шкалы номиналов (см. табл.7.2).

7.1.4. Собрать модель усилителя с рассчитанными номиналами элементов. Перекрывая рабочий диапазон частот усилителя влево и вправо не менее чем на декаду снять амплитудную и фазовую частотные характеристики. Рабочим диапазоном считать частоты от до Гц.

7.1.5. По экспериментальным данным рассчитать и построить логарифмическую амплитудно-частотную (ЛАЧХ) и логарифмическую фазо-частотную (ЛФЧХ) характеристики. Под ЛАЧХ понимается зависимость от , где - круговая частота.

7.1.6. На одном графике с экспериментальными ЛАЧХ построить асимптотические теоретические ЛАЧХ. Сравнить характеристики.

7.1.7. Повторить пункты 7.1.2., …, 7.1.6. для остальных заданных передаточных функций.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

«Программа» «Варианты» «Содержание»

Схема усилителя, обладающего частотно-зависимой передачей, изображена на рисунке 7.1. Схема состоит из операционного усилителя ОУ, входного четырехполюсника ВХ и четырехполюсника обратной связи ОС.

Рис.1. Схема усилителя с частотно-зависимой передачей

Считаем, что операционный усилитель обладает бесконечно большими коэффициентами усиления по току и напряжению. Поэтому входной ток и входное напряжение усилителя равны нулю, то есть и . Уравнения для четырехполюсников через Y параметры имеют вид

. Для входного (7.1)

. Для обратной связи (7.2)

Учитывая свойства операционного усилителя, составим уравнение для токов на его входе

. (7.3)

Преобразуем уравнение (7.3) учтя, что и выразив токи через напряжения и проводимости четырехполюсников

. (7.4)

От выражения (7.4) можно перейти к коэффициенту передачи усилителя в комплексном виде или в виде изображения Лапласа

или . (7.5)

В таблице 7.2 приведены значения проводимости для простейших четырехполюсников, которые могут включаться как на входе, так и в цепи обратной связи операционного усилителя. Для вариантов 1, …, 4 таблицы 7.2 четырехполюсники вырождаются в двухполюсники, для которых справедливо соотношение , где Z(р) – сопротивление двухполюсника, а соотношение (7.5) может быть выражено через входное сопротивление и сопротивление обратной связи

. (7.6)

Синтез усилителя с заданными частотными свойствами заключается в выборе четырехполюсников, обеспечивающих необходимый коэффициент передачи (передаточную функцию усилителя) и расчете номиналов сопротивлений и емкостей. Для расчета номиналов элементов составляется система уравнений, которая связывает номиналы элементов с постоянными времени и коэффициентом передаточной функции. Часть номиналов при этом может быть задана произвольно, однако следует учитывать, что эквивалентное сопротивление, подключенное к выходу операционного усилителя, должно быть не менее двух 2кОм, а емкость конденсаторов не более 4.4 мкФ.

ВАРИАНТА ЗАДАНИЙ

Таблица 7.1

Варианты заданий к лабораторной работе

№ вар.	Вид ПФ	К	Т₁, c	Т₂, c	Т₃, c
	W₁(р) W₃(р) W₄(р)	0.1	0.001 0.01 0.003	0.001 0.0002 0.0003
	W₁(р) W₂(р) W₄(р)		0.004 0.5 0.0001	0.004 0.001
	W₂(р) W₃(р) W₄(р)	0.001 1.5	0.1 0.0001 0.004	0.00001 0.0001
	W₃(р) W₅(р)	0.2 0.05	0.02 0.4	0.0002 0.1	0.01
	W₁(р) W₃(р) W₄(р)	0.1	0.001 0.01 0.005	0.0001 0.0002 0.0005
	W₁(р) W₂(р) W₄(р)		0.00 4 1.5 0.01	0.00 4 0.001
	W₁(р) W₃(р) W₄(р)	0.001 1.5	0.1 0.001 0.004	0.1 0.00005 0.0001
	W₃(р) W₅(р)	0.2 0.3	0.0 1 0.2	0.0004 0.05	0.01

Вид передаточных функций:

1. Фильтр низких частот (ФНЧ) .

2. ПИ - регулятор .

3. Полосовой фильтр .

4. Корректор частотной характеристики .

5. ПИД - регулятор .

«Программа» «Методические указания» «Варианты» «Содержание»

Таблица 7.2.

Проводимости Y₂₁(p) электрических цепей

Таблица 7.3

5%-ная шкала номиналов электрических элементов (Ом, Ф, Гн)

12 3 4 5 6 7 Следующая ⇒