.RU

Проведение лабораторных работ по теоретическим основам радиоэлектроники учащимися старших классов в компьютерной системе проектирования электронных схем «Electronics Work Bench» (методическое пособие)




Проведение лабораторных работ по

теоретическим основам радиоэлектроники

учащимися старших классов

в компьютерной системе проектирования

электронных схем

«Electronics Work Bench»


(методическое пособие)


Разработал: Гуков К.М.


г. Москва

2002 г.

Содержание


Тема

Стр.

Введение

3

^ Программное обеспечение:




1. Интерфейс программы Electronics Work Bench (EWB)

4

^ 2. Рисование электронных схем

8

3. Измерения и обработка результатов измерений

10

Лабораторные работы:




  1. Постоянный электрический ток. Закон Ома.

Делитель напряжения


11

^ 2. Переменный электрический ток

13

3. Конденсатор в цепи переменного тока

15

^ 4. Индуктивность в цепи переменного тока

17

5. Колебательный контур. Явление резонанса

20

^ 6. Полупроводниковый диод. Выпрямители переменного тока

21

7. Транзистор. Измерение основных параметров транзистора

24

^ 8. Однокаскадный транзисторный усилитель с ОЭ

26

9. Транзисторный генератор (мультивибратор)

30

^ 10. Аналоговые интегральные микросхемы. Дифференциальный усилитель


31





















Введение


Не для кого не секрет, что компьютерное обучение, особенно в такой области знаний, как «Основы радиоэлектроники», является более эффективным, по сравнению с традиционными методами обучения. Это тем более справедливо когда лаборатория оснащена современными компьютерами и качественным программным обеспечением.

На современном этапе существует большое количество добротного программного обеспечения для успешного обучения основам радиоэлектроники. Это, как учебные и тестирующие программы, так и программы для моделирования электронных схем. По мнению автора наиболее приемлемыми, для учебных целей, являются такие программы:

Желательно так же, чтобы учащийся имел представление об электронной таблице Excel, так как обработку результатов наблюдений и построение наглядных диаграмм лучше всего проводить именно в электронной таблице.

Учебный процесс (экспериментально в МУК-1) строится следующим образом: Сначала учащийся изучает в обучающей программе какой либо раздел основ радиоэлектроники, например «Постоянный электрический ток», затем проходит тест для проверки знаний и после этого выполняет лабораторную работу (задание он получает у преподавателя) по данному разделу. Если знания у ученика «нулевые», то он не сможет самостоятельно выполнить лабораторную работу, следовательно учащемуся предлагается снова вернуться к изучению темы и последующему тестированию.

В данном пособии даны лабораторные работы по всем разделам основ радиоэлектроники, за исключением цифровой техники и электропривода. Так как это весьма солидный объем, то вероятно, следует в 8-9 классах давать такие темы как: Постоянный электрический ток; Переменный электрический ток; Конденсаторы; Индуктивности; Полупроводниковые диоды и выпрямители, а для учащихся 10-11 классов оставить более сложные темы: Явления резонанса; Транзисторы; Транзисторные усилители и генераторы; Интегральные микросхемы.

Далее, в пособии, речь будет идти, в основном, о работе в среде проектирования электронных схем «Electronics Work Bench» (EWB) и проведению лабораторных работ по основным разделам основ радиоэлектроники. К каждой лабораторной работе даются предварительные теоретические сведения, примеры заданий и результаты обработки наблюдений.


Программное обеспечение.


^ 1. Интерфейс программы Electronics Work Bench.


Компьютерная программа EWB предназначена для проектирования электронных схем. Большое число встроенных в программу измерительных приборов и источников сигналов позволяет снимать параметры созданных электронных схем в реальном масштабе времени, с достаточной, не только для учебных целей, но и для профессиональных разработок, точностью. На рисунке 1 показан пример измерения сигнала на входе и выходе транзисторного усилителя двухлучевым осциллографом.





Рис. 1


Очевидно, что такая наглядная информация доставляет разработчику удовольствие при работе с программой, а так же дает представление учащемуся о том, как в «жизни» выглядят те или иные приборы.

Теперь рассмотрим интерфейс программы EWB. Программа состоит из строки меню (смотрите рисунок 2). Меню программы EWB при выполнении лабораторных работ практически не используется. Ниже меню расположены панель системных кнопок (файлы, печать, масштаб и т.д.) и панель инструментальных кнопок (выбор различных компонентов РЭА и измерительных приборов) и листа для рисования электронных схем. Далее мы поговорим об этом более подробно.





Рис. 2


^ Панель инструментальных кнопок.





Панель инструментальных кнопок предназначена для выбора электронных компонентов, источников питания и сигнала, измерительных приборов. Ниже приводится список кнопок и набора компонентов соответствующих этим кнопкам (указаны будут не все компоненты, а только необходимые для выполнения лабораторных работ):

  1. Кнопка 1 не используется.

  2. Кнопка 2 - «Источники»:



  1. Заземление

  2. Электрическая батарея

  3. Источник постоянного тока

  4. Источник переменного напряжения

  5. Источник переменного тока

  6. Источник АМ сигнала

  7. Источник ЧМ сигнала




  1. Кнопка 3 - «Базовые компоненты»:



  1. Коннектор (узел)

  2. Резистор

  3. Конденсатор

  4. Индуктивность

  5. Трансформатор

  6. Переменный резистор

  7. Конденсатор электролитический

  8. Конденсатор переменной емкости

  1. Кнопка 4 - «Диоды»:



  1. Диод выпрямительный

  2. Стабилитрон

  3. Светодиод

  4. Выпрямительный мост

  1. Кнопка 5 - «Транзисторы»



  1. Транзистор биполярный N-P-N

  2. Транзистор биполярный P-N-P

  1. Кнопка 6 - «Аналоговые микросхемы»:



  1. Идеальный операционный усилитель

  2. Операционный усилитель с выводами для подключения питания

  3. Операционный усилитель с выводами для подключения питания и цепей коррекции




  1. Кнопки с 7 по 10 в работах не используются

  2. Кнопка 11 - «Индикаторы»



  1. Цифровой вольтметр

  2. Цифровой амперметр




  1. Кнопки 12 и 13 в работах не используются

  2. Кнопка 14 - «Инструменты»



  1. Цифровой мультиметр

  2. Функциональный генератор

  3. Двух лучевой осциллограф



^ 2. Рисование электронных схем


Для рисования электронных схем необходимо выбрать нужные для данной схемы компоненты и, при помощи мыши (не отпуская левой кнопки), перетащить их на лист редактора. Соединения между элементами производятся как в графическом редакторе Paint, за исключение того, что при рисовании проводников курсор мыши необходимо установить на самый конец вывода элемента, до появления точки соединения (этап 1), затем провести линию к следующему элементу, не отпуская левой кнопки мыши, так же, до появления точки соединения (этап 2), и только затем отпустить кнопку мыши (см. рисунок).




При рисовании больших электронных схем, для удобного просмотра, можно воспользоваться кнопками масштабирования изображения (увеличивать + или уменьшать его -).

Важное замечание. При рисовании электронных схем в системе EWB общий провод обязательно должен быть отмечен знаком «заземление» , в противном случае электрическая схема работать будет некорректно. На рисунке показаны правильный и неправильный варианты изображения электрической схемы.




Для корректировки электрической схемы следует воспользоваться локальным меню. Для этого, на выбранном компоненте, следует нажать правую кнопку мыши. Появится локальное меню вид которого показан на рисунке:



Разберем назначение опций локального меню:

^ Delete - удаляет выбранный компонент из чертежа;

Rotate - вращение компонента против часовой стрелки на 90 градусов;

Component properties - свойства компонента. При выборе этой опции производится настройка компонента, например, для источника переменного напряжения можно установить: напряжение и частоту.

^ Измерения и обработка результатов измерений


После того как схема собрана, следует провести эксперимент, т.е. произвести измерения параметров электрической схемы, записать результаты и сравнить с расчетными данными или построить диаграмму.

При измерениях следует включить питание электрической схемы. Для этого следует включить включатель питания , после чего на индикаторах будет отражаться результат измерений. Для просмотра результатов на мультиметре или осциллографе, их следует развернуть на экране двойным щелчком левой кнопки мыши.

Для обработки результатов наблюдений следует воспользоваться электронной таблицей Excel. В таблицу заносятся данные измерений (например зависимость тока коллектора от тока базы транзистора или амплитуда сигнала при исследовании резонансных свойств колебательного контура) и затем по ним строится диаграмма.

Для примера, на рисунке показана таблица и диаграмма исследования свойств катушки индуктивности в цепи переменного тока.



Подробно, о конкретных измерениях и оформлении результатов наблюдений будет рассказано в разделе «Лабораторные работы».


Лабораторные работы


^ 1. Постоянный электрический ток. Закон Ома.

Делитель напряжения.


Ток протекающий в электрической цепи и не меняющийся во времени, как по величине, так и по направлению, называется постоянным электрическим током. По закону Ома ток протекающий через резистивный элемент создает на нем падение напряжения U = I*R.

Результирующее сопротивление включенных последовательно резисторов, равно сумме сопротивлений этих резисторов. Результирующее сопротивление Ro включенных параллельно резисторов равно: 1/Ro = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn.

Для получения более низких напряжений, относительно входного напряжения используются делители напряжения состоящие, обычно из двух включенных последовательно резисторов. Падение напряжения на одном из резисторов и является требуемым выходным напряжением. Для плавной регулировки выходного напряжения обычно используют реостаты и переменные резисторы. Переменные резисторы характеризуются процентным соотношением двух получаемых сопротивлений (верхнего и нижнего плеча) в зависимости от положения ползунка (токосъемника) переменного резистора.

^ Задача лабораторной работы: Собрать электрическую схему показанную на рисунке 1 для снятия показаний вольтметра при различных положениях ползунка переменного резистора.

^ Цель работы: Построить таблицу зависимости выходного напряжения делителя напряжения на переменном резисторе в зависимости от положения ползунка.

При измерениях, у мультиметра следует установить переключатели на измерение постоянного напряжения.



Рис. 1


Измерения следует начать с 0% положения ползунка переменного резистора, постепенно увеличивая это значение на 10%. Результаты измерений следует занести в таблицу и затем построить диаграмму (Рис. 2).




Рис. 2


Так как переменный резистор в системе EWB обладает линейной характеристикой изменения отношения сопротивлений то графиком выходного напряжения является прямая линия.


^ 2. Переменный электрический ток


Переменный синусоидальный электрический ток характеризуется следующими величинами: Периодом колебаний T (измеряется в секундах); частотой колебаний f = 1/T (измеряется в герцах); амплитудой тока или напряжения А и эффективными значениями тока I = 0,707*Ia и напряжения U = 0,707*Ua.



На лабораторной работе будет рассматриваться переменный синусоидальный ток, а так же методы работы (измерение амплитуды и периода сигнала) с осциллографом.

^ Задача лабораторной работы: Дать понятие учащемуся как работать с осциллографом, как снимать показания прибора, а так же исследовать форму и параметры синусоидального сигнала.

Для проведения лабораторной работы следует собрать электрическую схему, как показано на рисунке 1.



Рис. 1


Сначала рассмотрим как устроен осциллограф в системе EWB. Внешний вид его показан на рисунке 2.




Осциллограф является двухканальным - каналы А и Б. Мы будем использовать канал А.

Строка ввода «Time base» предназначена для установки частоты горизонтальной развертки осциллографа. На рисунке частота установлена: 0.50 ms/div, что означает - период равен 50 миллисекунд на деление.

Строка ввода «Channel A» предназначена для установки масштаба амплитуды. На рисунке амплитуда установлена 1V/Div, что означает 1 деление по оси Y равно 1 Вольт.

Для удобного отсчета параметров сигнала есть две кнопки: X position и Y position, которые позволяют перемещать исследуемый сигнал по оси X и по оси Y соответственно.

Далее, после вычерчивания электрической схемы следует установить напряжение генератора не более 1 вольта.

^ При проведении лабораторной работы, преподаватель дает задание на установку частоты и амплитуды сигнала генератора. Учащийся должен по форме сигнала определить период, затем рассчитать частоту сигнала и определить амплитуду сигнала.


^ 3. Конденсатор в цепи переменного тока


Конденсатором является электротехнический прибор для накопления и сохранения электрических зарядов. Конденсатор состоит из, двух металлических пластин разделенных слоем диэлектрика. Емкость конденсатора зависит от площади металлических пластин (обкладок), толщины и свойств диэлектрика.

Конденсатор в цепи постоянного тока имеет сопротивление между обкладками близкое к бесконечности, а в цепи переменного тока имеет реактивное сопротивление Rc = 1/(2*pi*f*C). Сопротивление конденсатора в цепи переменного тока зависит от частоты переменного тока, с увеличением частоты - сопротивление уменьшается. Это свойство конденсатора и будет рассматриваться на лабораторной работе.

^ Задача работы: Собрать схему измерения реактивного сопротивления конденсатора. Произвести измерения.

Цель работы: Показать учащемуся, что конденсатор имеет нелинейное сопротивление в цепи переменного тока. Учащийся на основании измерений строит таблицу и диаграмму.

Так как непосредственно измерить сопротивление конденсатора в цепи переменного тока невозможно то нужно сделать следующее: собрать делитель напряжения в верхнем плече которого будет конденсатор, а в нижнем резистор и измерять падение напряжения на резисторе. С увеличением частоты сопротивление конденсатора будет уменьшаться, а падение напряжения на резисторе увеличиваться. Схему следует собрать как показано на рисунке 1.



Рис.1


Частоту генератора следует установить 100 герц и напряжение - 10 вольт. При проведении эксперимента следует записывать показания мультиметра. Частоту следует увеличивать с шагом в 200 герц. Мультиметр должен быть установлен на измерение переменного напряжения.


Результатом эксперимента должен быть график показанный на рисунке 2. Совершенно очевидно, что сопротивление конденсатора в цепи переменного тока является нелинейной функцией.




Рис. 2

^ 4. Индуктивность в цепи переменного тока


Катушкой индуктивности, в электротехнике, является электрический прибор способный накапливать электромагнитную энергию. Индуктивность катушки индуктивности измеряется в Генри и зависит от числа витков и применяемого сердечника. В цепи постоянного тока сопротивление катушки индуктивности зависит от числа витков и удельного сопротивления провода обмотки и практически очень мало. В цепи переменного тока реактивное сопротивление катушки Rl = 2*pi*f*L, возрастает с увеличением частоты переменного тока.

^ Задача работы: Собрать схему измерения реактивного сопротивления индуктивности. Произвести измерения.

Цель работы: Показать учащемуся, что индуктивность имеет нелинейное сопротивление в цепи переменного тока и возрастает с увеличением частоты. Учащийся на основании измерений строит таблицу и диаграмму.

Так как непосредственно измерить сопротивление индуктивности в цепи переменного тока невозможно то нужно сделать следующее: собрать делитель напряжения в верхнем плече которого будет индуктивность, а в нижнем резистор и измерять падение напряжения на резисторе. С увеличением частоты сопротивление индуктивности будет увеличиваться, а падение напряжения на резисторе уменьшаться. Схему следует собрать как показано на рисунке 1.



Рис. 1

Частоту генератора следует установить 1 кГц и напряжение - 10 В. При проведении эксперимента следует записывать показания мультиметра. Частоту следует увеличивать с шагом в 10 кГц. Мультиметр должен быть установлен на измерение переменного напряжения.

Результатом эксперимента должен быть график показанный на рисунке 2. Совершенно очевидно, что сопротивление индуктивности в цепи переменного тока является нелинейной функцией и возрастает с частотой.




Рис. 2

^ 5. Колебательный контур. Явление резонанса.


Колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора включенных параллельно (параллельный контур) или последовательно (последовательный контур). На лабораторной работе мы будем рассматривать параллельный колебательный контур. Основное свойство параллельного колебательного контура (в дальнейшем - контура), является резкое увеличение сопротивления на частоте резонанса. Резонансная частота рассчитывается по формуле: fp = 1/(2*pi*sqr(L*C)), где sqr означает корень квадратный.

^ Задача работы: Собрать схему определения резонансной частоты колебательного контура. Произвести измерения и составить таблицу частот и напряжений.

Цель работы: Построить на графике кривую резонанса и убедиться, что колебательный контур обладает избирательными свойствами. (По желанию преподавателя можно предложить учащемуся определить добротность контура, а так же определить гармонические частоты).

Для определения резонансной частоты колебательного контура необходимо собрать схему показанную на рисунке 1.




Рис.1


Учащийся должен, по заданным номиналам индуктивности и емкости рассчитать резонансную частоту колебательного контура fr и по полученным данным установить частоту генератора сначала ниже частоты резонанса, затем увеличивать до частоты резонанса и затем выше частоты резонанса. Частоту следует увеличивать с определенным шагом, так чтобы можно было по результатам измерений построить график резонансной кривой.


Примем значение емкости 1 микрофарада и значение индуктивности 1 миллигенри. Тогда по формуле расчета резонансной частоты получим:

fp = 1/(2*pi*sqr(L*C)) = 1/(2*3.14*sqr(0.001*0.000001)) = 5035.5 Гц.

Видно, что резонансная частота равна примерно 5 килогерц. (Преподаватель, по своему усмотрению, может дать учащемуся другие значения элементов). Для расчетной частоты следует провести измерения, составить таблицу и построить диаграмму резонанса (см. Рис. 2).




Рис.2

^ 6. Полупроводниковые диоды. Выпрямители переменного тока.


Полупроводниковый диод, это полупроводниковый прибор имеющий две области проводимости - электронную (negative N) и дырочную (positive P). При прямом включении диода (Рис. 1а) через него протекает электрический ток, при обратном (Рис. 1б) нет. Это свойство диода используют для выпрямления переменного тока.





На рисунке 2 показан принцип выпрямления переменного тока. Диод пропускает только положительные полуволны переменного тока, вследствие чего на выходе выпрямителя (график 2) присутствует пульсирующее напряжение положительной полярности.



Рис. 2

Лабораторную работу по исследованию выпрямительных свойств диода будем проводить в несколько этапов. На первом этапе соберем схему показанную на рисунке 3. С помощью осциллографа исследуем форму выходного сигнала выпрямителя, она должна быть в точности такой, как показано на Рис. 2, график 2.




Рис. 3


Очевидно, что такой пульсирующий сигнал неприемлем, например для питания радиоаппаратуры. Следующим этапом, будет добавление конденсатора фильтра для получения действительно постоянного напряжения. Форма выходного сигнала в идеальном выпрямителе это прямая линия (постоянное напряжение), она зависит от емкости конденсатора и частоты сигнала переменного тока. Так как бытовая сеть имеет частоту 50 герц, то мы ее изменять не будем, а будем постепенно увеличивать емкость конденсатора, до тех пор пока на выходе выпрямителя не появится действительно постоянный ток, без всяких пульсаций. Пульсации тем меньше, чем больше емкость конденсатора. Схема для исследований будет выглядеть так, как показано на рисунке 4.



Рис. 4


Конденсатор должен быть электролитический, начальная емкость 1 мкФ, просматривая выходной сигнал на осциллографе, следует увеличивать емкость конденсатора например: 10 мкФ, 20 мкФ, 30 мкФ и т.д. При емкости 100 мкФ на выходе выпрямителя получается практически постоянное напряжение. Но такой выпрямитель может быть источником питания только для слаботочной аппаратуры, так как мы выбрали сопротивление нагрузки равное 10 кОм. Мощная нагрузка имеет сопротивления десятки, единицы Ом. Изменим значение сопротивления нагрузки с 10ком на 10ом. Подсчитаем ток: I = U/R = 10В/10Ом = 1А. Такой ток в нагрузке приемлем для питания например усилителя мощности НЧ. Но, что случилось с сигналом на выходе выпрямитель?, он опять стал пульсирующим. Для того чтобы сгладить пульсации будем опять увеличивать емкость конденсатора. В данном случае емкость конденсатора для сглаживания пульсаций «подскочит» до 20000 мкФ, а это очень большая емкость, да и габариты конденсатора весьма приличные. Как уменьшить емкость конденсатора при сохранении параметров выпрямителя. Есть два способа - первый это применить мостовой выпрямитель на 4 диодах - Рис. 5 (тогда емкость конденсатора можно уменьшить в два раза) или применить фильтр из двух конденсаторов и дросселя. Наиболее эффективными являются фильтры с дросселем и двумя конденсаторами и выпрямителем на диодном мостике (Рис. 6). Здесь вполне достаточно двух конденсаторов с емкостью по 1000 мкФ.





Рис. 5




Рис. 6


В данной лабораторной работе преподаватель должен предложить учащемуся исследовать все типы выпрямителей и фильтров при различных нагрузках и емкостях фильтрующих конденсаторов.


^ 7. Транзистор. Измерение основных параметров транзистора


Транзистор - полупроводниковый электронный прибор имеющий, в отличие от диода, три области проводимости P-N-P или N-P-N. В лабораторной работе будем рассматривать транзистор структуры N-P-N. Каждая область транзистора имеет свое название и вывод для подключения в электрическую схему - смотрите Рис. 1.



Рис. 1


Если между коллектором и эмиттером включить источник питания (+ к коллектору), то тока в цепи не будет. Если же к базе подключить источник (+) питания, с напряжением на порядок ниже, то через транзистор потечет ток. Принято говорить, что небольшой ток базы управляет значительным током коллектора. График зависимости тока коллектора, от тока базы имеет три участка: отсечки; нелинейный (рабочий) и насыщения. Участок насыщения, это такой участок характеристики, когда ток базы практически не влияет на ток коллектора; участок нелинейной характеристики - именно тот участок на котором транзистор обладает усилительными свойствами (ток базы управляет током коллектора) и наконец участок насыщения, это когда ток базы уже не может изменить ток коллектора так, как транзистор уже «открыт» и не в состоянии пропускать больший ток.

^ Цель работы - построить график зависимости тока коллектора транзистора от тока базы и вычислить коэффициент усиления транзистора.


Лабораторную работу начнем с того, что построим график зависимости тока коллектора, от тока эмиттера. Для этого необходимо собрать схему по Рис. 2.




Рис. 2

Резистор R1=1К предназначен для ограничения тока базы, а резистор R2=1К для ограничения тока коллектора. Для того чтобы не использовать два источника питания, напряжение на базу будем подавать через делитель напряжения на резисторе R3. При снятии характеристики зависимости тока коллектора от тока базы следует изменять значение сопротивления R3 (100К) от 100% до 45%, с шагом -5%. Результаты следует занести в таблицу и по окончании измерений построить диаграмму тока коллектора (Рис. 3).




Рис. 3


Как видно из полученной диаграммы, участок от 0 до 3 по оси Х является участком режима отсечки, участок от 3 до 8 - нелинейным (рабочим) участком и участок от 8 до 12 - участком насыщения транзистора. На рабочем участке транзистор обладает способностью усиления сигналов любой формы. Исследование усилительных свойств транзистора - тема следующей лабораторной работы, а на этой работе мы должны определить коэффициент усиления транзистора, т.е. во сколько раз ток коллектора превышает ток базы. По определению усиление транзистора (коэффициент передачи тока h21э) равен отношению приращения тока коллектора к приращению тока базы на рабочем участке характеристики h21э = dIк / dIб. Возьмем верхнюю точку на нелинейном участке Iк1 = 8,7 мА и соответствующий ей ток базы Iб1 = 87 мкА и нижнюю точку на нелинейном участке Iк2 = 5 мА и соответствующий ей ток базы Iб2 = 52 мкА. Найдем приращение тока коллектора dIк = Iк1 - Iк2 = 8,7 - 5 = 3,7 ма = 3700 мкА. Найдем приращение тока базы dIб = Iб1 - Iб2 = 87 - 52 = 35 мкА. Зная приращение тока коллектора и приращение тока базы найдем коэффициент усиления h21э = 3700 / 35 = 105,7.


^ 8. Однокаскадный транзисторный усилитель с ОЭ


Для усиления слабых электрических сигналов, в радиоэлектронике применяют усилители на транзисторах. Для усиления слабых сигналов транзисторные усилительные каскады строятся по трем типам:

  1. каскад на транзисторе с общим коллектором (ОК) - когда нагрузка включается в эмиттер транзистора, а коллектор соединяется с общим проводом электрической схемы. Такой метод включения позволяет иметь очень высокое входное сопротивление каскада и очень низкое выходное сопротивление. Это свойство позволяет использовать такой каскад в качестве согласующего (межкаскадного) или в качестве усилителя тока, например в выходном каскаде УНЧ или стабилизаторе напряжения выпрямителя.

  2. каскад на транзисторе с общей базой (ОБ) - сигнал подается на эмиттер, снимается с коллектора, а база заземляется. Каскад используется в основном в ВЧ и СВЧ усилителях, благодаря своим хорошим частотным свойствам.

  3. каскад на транзисторе с общим эмиттером (ОЭ) - сигнал подается на базу, снимается с коллектора, а эмиттер заземляется. Каскад обладает большим коэффициентом усиления по напряжению и в РЭА используется наиболее часто, поэтому, мы будем исследовать усилитель по схеме с ОЭ.

В отличие от предыдущей лабораторной работы, схема для исследования свойств транзисторного усилителя будет иметь несколько другой вид (см. Рис. 1).



Рис. 1


В предыдущей лабораторной работе мы нашли нелинейный участок характеристики тока коллектора. Середина этого участка равна примерно 5 мА, а отношение сопротивлений смещения в цепи базы равно примерно 80%. Следовательно мы можем включить в цепи базы постоянные резисторы. Реально отношение верхнего плеча делителя (R1 на рис. 1) к нижнему (R2 на рис 2) может быть как R2/R1 = 0,25 .... 0,15. На схеме R1 = 75кОм, R2 = 12кОм, т.е. отношение равно 12/75 = 0,16, а ток коллектора равен 4,697 мА. Очевидно что ток коллектора транзистора находится в рабочей области. Если это не так то следует подобрать сопротивления в цепи базы, так, чтобы ток коллектора находился в пределах 4,5 .... 6 мА. Следующим этапом лабораторной работы будет модификация схемы показанной на Рис. 1. Нужно добавить осциллограф и функциональный генератор сигнала для дальнейших исследований. Сначала подключим осциллограф и генератор на вход усилителя через конденсатор 1 мкФ. На Рис. 2 показана схема исследования сигнала на входе усилителя. Частоту функционального генератора следует установить равной 1 кГц, и сигнал синусоидальной формы. Частоту развертки осциллографа следует установить равной 0,50 mS/div, а амплитуду 10 mV/div.



Рис. 2


Вид сигнала генератора на экране осциллографа должен быть таким, как показано на Рис. 3.




Рис. 3

Обратите внимание, что амплитуда сигнала генератора 10 mV, а осциллограф показывает амплитуду 20 mV (осциллограф показывает амплитуды положительной и отрицательной полуволны сигнала ).


Далее в работе следует подключить канал Б осциллографа к коллектору транзистора через конденсатор емкостью 1 мкФ, как показано на Рис. 4.




Рис. 4


Амплитуду канала Б следует установить 1 V/Div, как показано на рисунке 5.





Рис. 5

Амплитуда сигнала на выходе (коллекторе транзистора) равна 2 вольта. Если разделить амплитудное значение выходного сигнала, на амплитудное значение входного, то мы получим коэффициент усиления каскада с ОЭ. В нашем случае это значение равно 200.

Далее преподаватель, по своему усмотрению, может предложить учащемуся исследовать усилитель, например, в режиме отсечки или ограничения, т.е. изменить напряжение смещения на базе. Такой пример наглядно покажет «откуда берутся искажения».


^ 9. Транзисторный генератор (мультивибратор).


В радиоэлектронике, помимо усилителей сигналов, широко используются генераторы различных сигналов. Мы будем исследовать генератор на двух транзисторах. Если вход первого каскада усилителя соединить с выходом второго каскада усилителя, в вход второго каскада усилителя соединить с выходом первого, то получится простейший генератор сигналов - мультивибратор. Для эксперимента соберем схему показанную на Рис. 1.



Рис. 1

Обратите внимание, что в схеме применены конкретные транзисторы типа BC107BP (аналог отечественным транзисторам серии КТ315).

Частота колебаний такого генератора зависит от емкости конденсаторов С1 и С2 на рис. 1. Так как емкость конденсатора С1 равна С2, то такой мультивибратор называется симметричным. Форма сигнала, которую мы получаем исследуя мультивибратор показана на Рис. 2.




Рис.2

Далее, в работе, учащемуся следует предложить рассчитать частоту генератора при различных значениях емкости частотозадающих конденсаторов.


^ 10. Аналоговые интегральные микросхемы. Операционные усилители.


Экономически и технологически выгодно строить радиоэлектронные конструкции не на дискретных элементах (резисторы, конденсаторы, транзисторы и т.п.), а интегрировать их на определенной площади (кремниевая или германиевая пластина) небольших размеров. Все элементы на заданной площади выполняются в едином технологическом цикле, а полученный таким образом продукт называется «интегральная микросхема». Интегральные микросхемы, по своему назначению делятся на несколько классов. Основные из них это аналоговые и цифровые интегральные микросхемы.

Цифровые интегральные микросхемы предназначены для обработки цифровых сигналов имеющих прямоугольную форму.

Аналоговые микросхемы имеют очень широкий спектр по функциональному назначению, это усилители и генераторы сигналов любой формы, и всевозможные преобразователи. Наиболее широко распространены микросхемы дифференциальных (операционных) усилителей.

^ Операционный усилитель (ОУ) обладает уникальными свойствами, это очень большой коэффициент усиления сигнала, широкий диапазон усиливаемых сигналов, возможность точной установки коэффициента усиления и т.д.

Операционный усилитель имеет два входа и один выход. Входы обозначаются как + и - . При подаче сигнала (обычно постоянного тока) на отрицательный вход сигнал на выходе уменьшается, а при подаче на положительный вход, сигнал на выходе увеличивается. Если выход ОУ соединить со отрицательным входом (через резистор R1, смотрите рисунок 1. ), то возникает отрицательная обратная связь, которая снижает коэффициент усиления ОУ. Отношение сопротивлений R1 к R2 является коэффициентом усиления ОУ. Современные ОУ без отрицательной обратной связи имеют коэффициент усиления до 100000.




Рис. 1

На рисунке 1 показана схема, которую нужно собрать для выполнения лабораторной работы. Операционный усилитель должен иметь двух полярное питание, поэтому следует использовать 2 источника питания. Здесь резистор R1 имеет величину 100 Ком, а резистор R2 величину 10 Ком, следовательно, коэффициент усиления ОУ равен 10. Проверим это. Частоту функционального генератора следует установить 1 кГц, амплитуду 1 вольт и сигнал - синусоидальный. Результат работы программы показан на Рис. 2.





Рис.2

Убедившись, что усиление ОУ действительно равно 10, далее, преподавателю следует предложить учащимся рассчитать параметры обратной связи, чтобы коэффициент усиления ОУ был, например, равен 250 и далее проверить полученные расчетные данные на практике.



puti-povisheniya-molochnoj-produktivnosti-i-effektivnosti-molochnogo-skota.html
puti-povisheniya-stabilnosti-analogo-cifrovogo-trakta-izmerenij-modelirovanie-i-sintez-mikropoloskovih-rezhektornih-filtrov.html
puti-preodoleniya-deformacij-zakonnosti.html
puti-razvitiya-drevnegermanskoj-kulturi-aleksandr-alekseevich-hlevov-predvestniki-vikingov-severnaya-evropa-v.html
puti-razvitiya-sonati-dlya-skripki-solo-v-kontekste-stilevih-zhanrovih-i-ispolnitelskih-iskanij-muziki-hh-veka.html
puti-resheniya-ekologicheskih-problem-nash-dom-zemlya-ekologiya-zemli-globalnaya-problema-chelovechestva-integrirovannij.html
  • obrazovanie.bystrickaya.ru/programma-literaturnogo-kruzhka-v-gostyah-u-skazki.html
  • otsenki.bystrickaya.ru/sergej-alekseev-stranica-11.html
  • report.bystrickaya.ru/kakaya-prelest-eta-vasha-zalivnaya-riba-luchshie-recepti-novogodnih-blyud-metodichka-49-farmaciya.html
  • composition.bystrickaya.ru/p3-predelno-dopustimie-koncentracii-pdk-nekotorih-veshestv-l-n-blinov-glavnij-redaktor-izdatelstva.html
  • nauka.bystrickaya.ru/uralskij-ekonomicheskij-okrug-chast-2.html
  • studies.bystrickaya.ru/abioticheskie-faktori-sredi-i-ih-vliyanie-na-zhivie-organizmi.html
  • uchit.bystrickaya.ru/tenevaya-ekonomika-i-kontrolnie-funkcii-tamozhennih-organov-chast-2.html
  • spur.bystrickaya.ru/kratkie-svedeniya-o-golosovom-apparate-e-m-pekerskaya-vokalnij-bukvar.html
  • university.bystrickaya.ru/glava-6-vnimanie-eto-otredaktirovannaya-komandorom-versiya.html
  • grade.bystrickaya.ru/modul-aktualnost-problemi-obespecheniya-bezopasnosti-informacii.html
  • knigi.bystrickaya.ru/sabati-tairibi-msrepovti-zhaa-dostar.html
  • uchebnik.bystrickaya.ru/uchebno-metodicheskij-kompleks-disciplini-tehnologicheskie-osnovi-sozdaniya-mashin-prirodoobustrojstva-i-zashiti-okruzhayushej-sredi-osnovnoj-obrazovatelnoj-programmi-po-napravleniyu-podgotovki-specialnosti.html
  • ucheba.bystrickaya.ru/programma-po-kursu-tamozhennoe-pravo-dlya-studentov-5-ives-moskva-2004.html
  • uchitel.bystrickaya.ru/r-p-bakanov-stranica-3.html
  • student.bystrickaya.ru/-4-pravovoj-rezhim-voennoj-okkupacii-pravovoj-rezhim-vooruzhennih-konfliktov-i-mezhdunarodnoe-gumanitarnoe-pravo.html
  • studies.bystrickaya.ru/ekonomicheskaya-celesoobraznost-primeneniya-fotoepilyacii-v-salonah-krasoti-razlichnogo-klassa-chast-16.html
  • ekzamen.bystrickaya.ru/reglament-po-vneseniyu-izmenenij-v-ris-ege-prilagaetsya-nachalnik-otdela-e-v-lavrinenko.html
  • literatura.bystrickaya.ru/shpargalki-po-administrativnomu-pravu-chast-10.html
  • write.bystrickaya.ru/garvi-berch-soldat-nevidimogo-fronta-roman-belousov-o-chem-umolchali-knigi.html
  • writing.bystrickaya.ru/byudzhet.html
  • zanyatie.bystrickaya.ru/tema-3-izderzhki-predpriyatiya-i-ego-rezultati-uchebno-metodicheskoe-posobie-po-discipline-ekonomika-dlya-studentov.html
  • zadachi.bystrickaya.ru/metodi-i-priemi-osushestvleniya-kraevedcheskogo-principa-v-prepodavanii-geografii.html
  • literature.bystrickaya.ru/civilskij-v-l-teoreticheskaya-mehanika.html
  • ekzamen.bystrickaya.ru/sistema-normativnih-dokumentov.html
  • credit.bystrickaya.ru/otryadi-mlekopitayushih-grizuni-zajceobraznie-planirovanie-temi-urok-istoriya-razvitiya-zoologii.html
  • essay.bystrickaya.ru/doklad-o-hode-razrabotki-i-osushestvleniya-eksperimentalnogo-etapa-sozdaniya-mehanizma-posrednichestva-po-biobezopasnosti.html
  • uchenik.bystrickaya.ru/kabinet-ministrov-chuvashskoj-respubliki-postanovlenie-stranica-5.html
  • lesson.bystrickaya.ru/protokol-6610-k-1-rassmotreniya-i-ocenki-kotirovochnih-zayavok-stranica-2.html
  • assessments.bystrickaya.ru/endohirurgiya-ahalazii-kardii.html
  • university.bystrickaya.ru/glava-iii-para-moskva-gosudarstvennoe-izdatelstvo-geograficheskoj-literaturi1958.html
  • institute.bystrickaya.ru/glava-11-redaktorskaya-deyatelnost-v-sovremennih-usloviyah-solovev-v-i-yamchuk-k-t-redaktirovanie-obshij-kurs.html
  • knowledge.bystrickaya.ru/nachalnik-zaveduyushij-otdela-upravleniya-aspiranturi-prikaz-minzdravsocrazvitiya-rossii-1n-ot-11-yanvarya-2011.html
  • notebook.bystrickaya.ru/ix-dobicha-zhemchuga-zhenitbi-papashi-olifusa-dyuma.html
  • predmet.bystrickaya.ru/sistema-zachetnih-edinic-osobennosti-organizacii-i-kalendarnogo-planirovaniya-uchebnogo-processa-stranica-9.html
  • kontrolnaya.bystrickaya.ru/razdel-4-chertezhi-i-shemi-po-specialnosti-v-sistemah-avtomatizirovannogo-proektirovaniya.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.