7201_lab_4_

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра РТЭ

отчет

по лабораторной работе №4

по дисциплине «Функциональные узлы и устройства микроэлектроники»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ГИРАТОРА НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

Студент гр. 7201		Степанов М.Ю.
		Векленко Д.Д.
		Сикалов Д.
Преподаватель		Тупицын А.Д.

Санкт-Петербург

2020

Цель работы: исследование гиратора, который реализуется с помощью двух интегральных преобразователей отрицательного сопротивления, определение его параметров и характеристик, ознакомление с областями применения.

Описание исследуемого гиратора

Рис. 1 – Схема исследуемого гиратора

Гиратор собран на операционных усилителях К140УД9, к входам которых подключены сопротивления 4,7 кОм, набор конденсаторов с переключателем К1 и набор сопротивлений с переключателем К2. Выходы ОУ подсоединены к «нулевым» точкам входов ОУ, что обеспечивает глубокую отрицательную обратную связь для обеспечения устойчивой работы гиратора. Дополнительная коррекция частотной характеристики ОУ создается с помощью конденсаторов, подключенных к выводам 8 и 11. Для развязки по цепям питания служат блокировочные конденсаторы.

Изменяя переключателем К1 значение емкости конденсатора в плече гиратора, можно получить необходимую эквивалентную индуктивность. При изменении переключателем К2 сопротивления R5 изменяется не только резонансная частота, но и добротность контура с гиратором.

Исследуемые схемы в программном пакете B2Spice

Параметры ОУ К140УД9

• U_{пит.ном} — 2*12,6 В номинальное напряжение питания

• I_пот — 8 мА ток потребления

• K_u — 35*10³ коэффициент усиления напряжения

• U_см — 5мВ напряжение смещения нуля

• T_Uсм — 20 мкВ/Сº температурный коэффициент напряжения смещения

• I_вх — 350 нА входной ток

• ΔI_вх — 100 нА разностный входной ток

• К_ос.сф — 80 дБ коэффициент ослабления синфазного сигнала

• f₁ — 1,0 МГц частота единичного усиления

• V_u — 0,2 В/мкс скорость нарастания выходного напряжения

• U_{вых.мах} — 10 В максимальная амплитуда выходного напряжения

• R_вх — 20 Мом входное сопротивление

Предельные эксплуатационные данные:

• U_пит — 2*6…15 В интервал значения напряжения питания

• U_дф.мах — 4 В допустимое значение дифференциального входного напряжения

• U_сф.мах — 7 В допустимое значение синфазного входного напряжения

• R_{н min} — 1 кОм минимальное сопротивление нагрузки

• С_{н мах} — 100 пФ максимальная емкость нагрузки

• I_{вых мах} — 22 мА предельный выходной ток

Обработка результатов

1. Определим вносимую гиратором индуктивность и резонансную частоту:

Пример расчета для C=0,2 мкФ, R=2кОм:

Таблица 1 Индуктивность и резонансная частота

C,мкФ	0,1	0,1	0,1	0,2	0,2	0,2	0,05	0,05	0,05
R,кОм	4,7	10	2	4,7	10	2	4,7	10	2
L, Гн	2,21	4,70	0,94	4,42	9,40	1,88	1,10	2,35	0,47
f0,Гц	678	465	1039	479	328	734	958	657	1469

2. Измерим зависимость выходного напряжения от частоты в пределах 40 – 20000 Гц (U_вх=1,5 В) (C= 0,33 мкФ, R=4,7 кОм, K3 – в положении «индуктивность» ,R1=20 кОм):

Таблица 2 Зависимость выходного напряжения от частоты

f, Гц	0	40	1000	2000	3000	4000	5000	6000	7000	8000	9000
Uвых, В	0	0,041	0,862	1,27	1,365	1,419	1,459	1,47	1,482	1,483	1,483
Uвх=1,5 В

Рис. 3 Амплитудно-частотная характеристика

Таблица 3 амплитудные характеристики на частоте 400 Гц:

Uвх, В	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Uвых, В	0	0,254	0,533	0,803	1,069	1,341	1,603	1,886	2,134	2,391	2,662

Рис. 4 Амплитудная характеристика при f=400 Гц

3. Построим резонансные кривые при различных уровнях входного сигнала (1; 5; 12 В) и R=4,7 кОм C=0,1 мкФ и для переключателя K3 в положение «Контур» (R2=120 кО):

Рис. 5 Резонансные кривые при входных сигналах 1, 5 и 12 В

По рисунку 5 резонансная частота равна f_P=670Гц

4. Повторим измерения для пункта 4 при R=4,7 кОм и ёмкости конденсатора, «коммутируемой» К1, равной 0,2мкФ:

Рис. 6 Резонансные кривые при входных сигналах 1, 5 и 12 В

По рисунку 6 резонансная частота равна f_P=296Гц

5. Повторим пункт 4 при R=4,7 кОм и ёмкости конденсатора, «коммутируемой» К1, равной 0,47 мкФ:

Рис. 7 Резонансные кривые при входных сигналах 1, 5 и 12 В

По рисунку 7 резонансная частота равна f_P=458 Гц

6. Повторим пункт 4 для C=0,1 мкФ и сопротивления, «коммутируемого» К2, равного 10кОм:

Рис. 8 Резонансные кривые при входных сигналах 1, 5 и 12 В

По рисунку 8 резонансная частота равна f_P=448Гц

7. Повторим пункт 4 для C=0,1 мкФ и сопротивления, «коммутируемого» К2, равного 2 кОм:

Рис. 9 Резонансные кривые при входных сигналах 1, 5 и 12 В

По рисунку 9 резонансная частота равна f_P=1001 Гц

Выводы: В ходе лабораторной работы был исследован гиратор.

В п. 1 были рассчитаны теоретические значения вносимой гиратором индуктивности и резонансные частоты.

В п. 2-3 были построены амплитудно-частотная характеристика выходного напряжения (рис. 3), на которой можно видеть два участка – линейный участок и участок насыщения, и амплитудная характеристика (рис 4) на которой наблюдается линейный рост выходного напряжения.

В п.4-8 были построены резонансные кривые при различных “положений ключей”, на них видно, что с ростом емкости и сопротивления резонансная частота уменьшается, что совпадает с теоретическими расчетами.