LAB2 (Основы электроники)

1. Цель работы

Исследование возможности ступенчатого изменения коэффициента усиления усилителя на ОУ в некоторых пределах с заданием величины его в виде цифрового кода.

2. Основные теоретические положения.

Как известно, коэффициент усиления инвертирующего усилителя на ОУ (рис. 2.1.) определяется выражением:

К = R_oc / R_вх , ( 1 )

рис. 1.

Для изменения коэффициента усиления, очевидно, необходимо изменение значения сопротивления входной цепи R_вх или сопротивления цепи обратной связи R_ос или обоих вместе.

Включив в схему усилителя в качестве сопротивлений R_вх и R_ос ступенчато, предусмотрев для этого группы резисторов так, как это показано, например, на рис. 2.

рис. 2.

Здесь сопротивление R_вх может принимать значение сопротивления R1 либо R2, либо R1+R2 в зависимости от того, замкнуты или разомкнуты ключи SA1 и SA2.

Аналогично и с сопротивлением в цепи обратной связи, где его значение определяет уже состояние ключей SA3 и SA4.

И если теперь состоянию “замкнуто” ключей присвоить символ “0”, а “разомкнуто” — “1”, то каждому из ряда значений коэффициентов усиления будет соответствовать свой четырехсимвольный цифровой код, читаемый слева-направо для ключей SA1 - SA2 соответственно. Так, например, код 0101 будет соответствовать коэффициенту усиления К, определяемому выражением:

K = R5 / R2 ,

или код “1111” - К = ( R4 + R5 ) / ( R1 + R2 ) ,

или код “1011” - К = ( R4 + R5 ) / R1 .

И, наконец, если ключи SA1 - SA2 выполнить не механическими, как это показано на рис. 1., а электрическими, то требуемый коэффициент усиления можно задавать на ЭВМ, в виде указанного двоичного кода.

3. Описание объекта и средств исследования

Электрическая принципиальная схема исследуемого в лабораторной работе усилителя представлена на рис 3.

рис. 3.

3.1. Схема включает в себя: ОУ-ДА (микросхема КР140УД8А), а резисторы R₁ - R₄ входной цепи и цепи обратной связи, электронные ключи на полевых транзисторах VT1 и VT2 (КП103Л), кнопки SA1 и SA2 задания цифрового кода.

3.2. Значения резисторов схемы:

R₁ = 2 кОм, R₂ = R₃ = 16 кОм, R₄ = 18 кОм.

3.3. Кнопками А1 и А2 имитируются символы “0” или “1” цифрового кода. Причем подача на затвор транзисторов с каналом р-типа напряжения +5В соответствует символу “1”, а 0В ( ) — символу “0”.

Кнопки SA1 и SA2 расположены на передней панели блока управления К32 в левой части под надписью “Программатор кодов”. Нажатие кнопки соответствует подаче символа “1” ( при этом загорается светодиод около кнопки ), отжатое состояние — символ “0” (светодиод погашен ).

3.4. Сигнал на вход усилителя подается с измерительного генератора Л31. Для этого надо соединить дополнительным проводом гнездо на передней панели “ГС1” с гнездом на плате “XS1”, а кнопку “ВсВ / ВнК” над гнездом “ГС1” и аналогичную кнопку в поле надписи “ГН1” на передней панели К32 нажать.

3.5. Сигналы на входе и выходе усилителя измеряются с помощью осциллографического мультиметра Н3014 так, как это делалось при проведении предыдущей лабораторной работы на этом стенде.

Мультиметр подключается по входу усилителя при нажатии кнопки “ГС1” под надписью “Контроль V ~ ” и к его выходу при нажатии кнопки “ВХ2” (при этом правая кнопка “ВсВ / ВнК” под надписью “Коммутатор” должна быть отжата.

4. Порядок выполнения работы.

4.1. Расчетная часть.

4.1.1. Пользуясь значениями сопротивления резисторов R1 - R4, приведенными в пункте 3.2., и формулой ( 1 ), рассчитать значения коэффициента усиления усилителя, которые может обеспечить усилитель по схеме, приведенной на рис. 3.1.

4.1.2. Пользуясь сведениями и раздела 2 поставить в соответствие полученным значениям коэффициента усиления цифровые коды из символов “0” и “1”, соответствующих состоянию кнопок SA1 и SA2 (см. п. 3.3.).

Полученные результаты занести в таблицу 1.

таблица 1

4.2. Снять передаточную характеристику усилителя.

4.2.1. Установить, задавая цифровой код кнопками SA1 и SA2, значение коэффициента усиления усилителя приблизительно из середины диапазона его изменения.

4.2.2. Установить на выходе генератора синусоидальный сигнал частотой F = 1 кГц.

4.2.3. Изменяя значение напряжения на входе усилителя и пользуясь указаниями п. 3.6., снять передаточную характеристику U_{m вых} = f ( U_{m вх} ) и результаты занести в таблицу 2.

таблица 2.

4.2.4. По результатам измерений построить график зависимости U_{m вых} = f ( U_{m вх} ).

4.3. Экспериментально определить значения коэффициентов усиления усилителя и сравнить их с расчетными значениями, полученными при выполнении п. 4.1.1. Для этого:

4.3.1. Устанавливая кнопками SA1 и SA2 значения коэффициента усиления усилителя при напряжении на входе U_{m вх} = 0.5 В, измерить напряжение на выходе усилителя U_{m вых} .

Результаты измерений занести в таблицу 3.

таблица 3.

4.4. Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя.

4.4.1. Установить максимальный коэффициент усиления усилителя и, изменяя частоту входного сигнала при постоянном входном напряжении U_{m вх} = 0.5 В, измерить напряжение на выходе усилителя. Данные измерений занести в таблицу 4.

таблица 4.

где К₀ — коэффициент усиления на минимальной частоте.

4.4.2. Построить график амплитудно-частотной характеристики.

5. Содержание отчета

1. Название и цель работы лабораторной работы.

2. Схема электрическая принципиальная исследуемого усилителя.

3. Таблицы с данными.

4. Графики характеристик.

5. Выводы по работе.

6. Контрольные вопросы

1. Чем определяется коэффициент усиления усилителя на ОУ ?

2. Каковы способы регулировки коэффициента усиления усилителя ?

3. Как работает простейший электронный ключ на полевом транзисторе ?

4. При подаче каких напряжений полевой транзистор с каналом р-типа открыт ( закрыт ) ?

5. Изобразите передаточную характеристику полевого транзистора с ка налом р-типа.

6. Объясните ход АЧХ усилителя на ОУ.

7. Список рекомендуемой литературы.

1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника — М. : Высшая школа, 1982.

2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Ч. I, II: Пер. с. англ. / Под. ред. М.В. Гальперина — М. : Мир., 1983.

3. Основы промышленной электроники / Под ред. В.Г. Герасимова — М. : Высшая школа , 1986.

4. Щербаков В.И., Гредов Г.И. Электронные схемы на операционных усилителях : Справочник. — Киев : Техника, 1983.

5