Напряжение на исследуемую схему лабораторного стенда подаётся с генератора ГЗ-109 через аттенюатор 40 дБ, ослабляющий его выходное напряжение в 100 раз, и согласующую нагрузку 50 Ом. Величина выходного напряжения генератора определяется по его вольтметру.

Выходное напряжение исследуемой схемы лабораторного стенда измеряется вольтметром В3-41. Кроме того, частота, форма и величина измеряемых напряжений определяется с помощью осциллографа С1-93.

Методика проведения лабораторной работы

1. Ознакомиться с описанием лабораторного стенда.

2. Исследовать работу ОУ в режиме инвертирующего масштабного усилителя.

2.1. Отключить от ОУ двойной Т-образный мост, поставив переключатели В1 и В2 в положение «1», подключить к ОУ цепь ООС, поставив переключатель В4 в положение «150к» и соединить неинвертирующий вход ОУ с общим проводом, поставив переключатель В3 в положение «2».

Соединить выход «1» генератора Г3-109 через аттенюатор 40 дБ и нагрузку 50 Ом со входом исследуемого усилителя (гнёзда Гн 15, Гн 18 – общ.). К выходу исследуемого усилителя (гнёзда Гн 16, Гн 17, Гн 19 – общ., Гн 20 – общ.) подключить вольтметр переменного тока В3-41 и вход первого канала осциллографа С1-93.

После проверки схемы преподавателем включить питание лабораторного стенда и приборов соответствующими тумблерами «сеть».

2.2. Снять амплитудные характеристики масштабного усилителя U_вых = f(U_вх) в режиме холостого хода при двух значениях сопротивления R₂ в цепи ООС ОУ: 150 кОм и 75 кОм.

Опыт проводить при частоте входного сигнала равной 1 кГц и изменении напряжения на входе усилителя от 10 до 100 мВ. Результаты записать в таблицу 1 бланка.

2.3. Снять амплитудно-частотную характеристику инвертирующего масштабного усилителя К_U = f(f) при R₂ = 150 кОм в диапазоне частот входного сигнала от 200 Гц до 15 кГц. Величину входного сигнала поддерживать равной 10 мВ. Убедиться, что U_вых ОУ, а, следовательно, и его коэффициент усиления К_U не зависит от частоты входного сигнала. Записать вывод в таблицу 2 бланка и выключить лабораторный стенд тумблером «сеть».

3. Исследовать двойной Т-образный мост.

Установить переключатель В2 в положение «2», подключить вход моста (Гн 15, Гн 19 – общ.) к выходу генератора, выход моста (гнёзда Гн 14, Гн 18 – общ.) – к вольтметру переменного тока. Установить U_вх = 100 мВ и, плавно изменяя частоту входного сигнала от 200 Гц, по минимуму U_вых определить резонансную частоту f_рез1 исследуемого двойного Т-образного моста.

Последовательно устанавливая значения частот сигнала:

f_рез1 - 800 Гц; f_рез1 - 300 Гц; f_рез1 - 100 Гц; f_рез1; f_рез1 + 100 Гц; f_рез1 + 300 Гц; f_рез1 + 800 Гц;

снять амплитудно-частотную характеристику исследуемого моста.

Результаты записать в первую строку таблицы 3 бланка.

4. Исследовать работу ОУ в режиме инвертирующего избирательного усилителя.

Установить переключатель В1 в положение «2», дополнительно включить в цепь ООС двойной Т-образный мост. Подключить к выходу ОУ вольтметр переменного тока, установить U_вх = 10 мВ и включить лабораторный стенд. Плавно изменяя частоту входного сигнала от 200 Гц, по максимуму U_вых ОУ определить резонансную частоту избирательного усилителя f_рез2.

Последовательно устанавливая значения частот сигнала:

f_рез2 - 800 Гц; f_рез2 - 300 Гц; f_рез2 - 100 Гц; f_рез2; f_рез2 + 100 Гц; f_рез2 + 300 Гц; f_рез2 + 800 Гц;

снять амплитудно-частотную характеристику избирательного усилителя.

Результаты записать во вторую строку таблицы 3 бланка.

5. Исследовать работу ОУ в режиме автогенератора гармонических колебаний (см. рис. 5). (Установить сопротивление обратной связи R2 = 75 кОм).

5.1. Подключить к ОУ цепь положительной обратной связи (ПОС), установив переключатель В3 в положение «1». Потенциометр R₄ установить в крайнее правое положение, соответствующее максимальному сопротивлению и, следовательно, минимальной глубине ПОС. Подключить к выходу автогенератора вход первого канала осциллографа, на вход второго канала подать сигнал с генератора Г3-109.

5.2. Плавно уменьшая величину сопротивления потенциометра R4, то есть увеличивая глубину ПОС, получить режим автогенерации, при котором на выходе автогенератора наблюдается напряжение синусоидальной формы.

Изменяя частоту выходного напряжения генератора Г3-109, с помощью осциллографа определить частоту выходного напряжения автогенератора. Зарисовать форму выходного напряжения автогенератора в указанном выше режиме при некотором увеличении глубины ПОС, в результате чего условия самовозбуждения будут выполняться не только на частоте f_рез, что приведёт к искажению формы возникающих колебаний.

6. Выключить контрольно-измерительные приборы и лабораторный стенд, отключить приборы от стенда.

Порядок оформления отчёта.

1. Постройте (на рис. 3 бланка) амплитудные характеристики масштабного усилителя для двух значений R₂ (по таблице 1 бланка) в режиме холостого хода.

2. По построенным характеристикам определите K_U и сравните с расчётными значениями K_U = R₂/R₁. Определите U_{вх max} и U_{вых max} при работе усилителя в линейном режиме.

3. Постройте в единой системе координат (на рис. 4 бланка) амлитудно-частотые характеристики масштабного и избирательного усилителей. Определите полосу пропускания Δf избирательного усилителя.

4. Рассчитайте значение квазирезонансной частоты двойного Т-образного моста f₀, сопоставьте её с экспериментально найденными значениями f_рез избирательного усилителя и частотой f_ген синусоидального колебания автогенератора.

Литература

1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. –М., Высшая школа, 1982, стр. 150, 156...157, 166...169.

2. Основы промышленной электроники. /Под ред. В.Г.Герасимова. –М., Высшая школа, 1986.

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные свойства ОУ, укажите различие между инвертирующим и неинвертирующим входами.

2. Укажите характер и назначение каждой из цепей обратной связи.

3. Почему колебания в рассматриваемом автогенераторе синусоидальны?

Студент				Группа		Выполнено
Курс						Сдано

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

В₃

Исследование операционного усилителя

Принципиальная схема

Рис. 1

ОПЫТ 1

Исследование масштабного усилителя

f=1кГц Таблица 1

Uвх, мВ	0	5	10	20	40	60	80	100	120
Uвых, мВ (R2=75кОм)
Uвых, мВ (R2=150кОм)

U_вх=10 мВ Таблица 2

f, Гц	2*102
Uвых, мВ

Т-образный мост: f_{рез 1}=__________ Избирательный усилитель f_{рез 2}=__________

ОПЫТ 2

Исследование избирательного усилителя

U_вх1=100 мВ (Т-образный мост), U_вх2=10 мВ (избирательный усилитель) Таблица 3

f, Гц	fрез - 800	fрез - 300	fрез - 100	fрез	fрез+100	fрез+300	fрез+800
Uвых1, мВ
Uвых2, мВ

ОПЫТ 3
Исследование генератора

Частота выходного напряжения автогенератора f_ген=_______

Осциллограммы выходного напряжения

синусоидальные автоколебания			искажённая форма автоколебаний

Рис. 2

Амплитудные характеристики

U_вых

								Рассчитать
								R2, кОм	75	150
								Ku хх

0 20 40 60 80 100 U_вх, мВ

Построить частотные характеристики

U_вых

							Рис. 4

f, Гц

Определить: f_рез = f_ген=

Лабораторная работа № 6а. Исследование источников питания электронных устройств

Цель работы: изучение принципа работы и основных характеристик неуправляемых одно- и двухполупериодных выпрямителей.

Краткие теоретические сведения

Для питания большинства электронных устройств требуется постоянное напряжение, а первичным источником является промышленная сеть переменного напряжения частотой 50 Гц. В этих случаях прибегают к выпрямлению переменного напряжения с помощью устройств, называемых выпрямителями.

На рис. 1 представлена функциональная схема однофазного источника пи тания. Основой его является выпрямитель В, выполненный на одном или нескольких диодах, соединенных по одно- или двухполупериодным схемам. Схема также включает трансформатор Тр, согласующий напряжение сети U_С с напряжением U₂ на входе выпрямителя; сглаживающий фильтр Ф для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения U_d; стабилизатор Ст, обеспечивающий поддержание требуемой величины постоянного напряжения U_dН на нагрузочном устройстве R_Н в условиях изменения напряжения сети и тока в R_Н.

Работа выпрямителя характеризуется:

• средним значением выпрямленного напряжения U_d и тока I_d (в нагрузке);

• максимальным обратным напряжением U_{m ОБР};

• коэффициентом пульсации P и частотой f_n пульсаций выпрямленного напряжения;

• внешней характеристикой выпрямителя U_d = F(I_d).

Выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя пульсирует. Его можно представить в виде суммы постоянной и переменной составляющих. Постоянную составляющую напряжения (тока) называют средним значением U_d(I_d).

Существуют однополупериодная и двухполупериодная однофазные схемы выпрямления. Однополупериодная схема выпрямления показана на рис. 2а, а временные диаграммы тока i_Н и напряжения u_Н на нагрузочном устройстве R_Н – на рис. 2б.

Рассмотрим работу схемы, считая диод Д идеальным; это означает, что его обратное сопротивление равно бесконечности, а прямое – нулю.

Ток i_Н в нагрузочном резисторе R_Н появляется только в те полупериоды напряжения u₂, когда потенциал точки «a» вторичной обмотки трансформатора положителен по отношению к потенциалу точки «b», т.к. в этом режиме диод Д открыт. В этом случае напряжение на диоде практически равно нулю, а на нагрузочном резисторе u_Н = u₂. В отрицательный полупериод u₂ к диоду приложено обратное напряжение u_{2 ОБР}, ток через него не протекает, а напряжение на нагрузочном резисторе равно нулю. Таким образом, при однополупериодном выпрямлении ток через нагрузочный резистор R_Н протекает только в течение одного полупериода напряжения u₂ и имеет пульсирующий характер.

Наибольшее обратное напряжение на диоде равно амплитудному значению напряжения во вторичной обмотке трансформатора: