Контрольные вопросы

1. Изобразите схему включения транзистора с общим эмиттером.

2. В чем заключается различие в схемах включения транзисторов структур p-n-p и n-p-n?

3. Изобразите вольт-амперные характеристики транзистора (для цепей база-эмиттер и коллектор-эмиттер).

4. Назовите основные состояния (режимы) работы транзистора.

5. Как осуществить переход транзистора из одного режима работы в другой (пояснить с помощью вольт-амперных и нагрузочной характеристик)?

6. При каком напряжении на переходе база-эмиттер происходит отпирание транзистора?

7. Что такое коэффициент усиления транзистора по току?

8. Что такое напряжение насыщения транзистора?

9. Объясните вид зависимостей: U_кэ=f(U_бэ); I_к=f(I_б); I_к=f(U_бэ).

10. Как правильно установить рабочую точку транзистора при его работе в активном режиме?

11. Как осуществить работу транзистора в ключевом режиме?

12. Как уменьшить время перехода транзистора из закрытого состояния в открытое?

13. Как влияет на работу транзистора в ключевом режиме индуктивная нагрузка в цепи коллектора?

14. Как уменьшить величину перенапряжения на коллекторе транзистора при его работе в ключевом режиме на индуктивную нагрузку?

Лабораторная работа №4

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ.

Цель работы - ознакомиться с операционным усилителем, его техническими характеристиками и исследовать различные варианты практических схем с ОУ.

Используемое оборудование:

• - испытательный стенд;

• - двухканальный осциллограф;

• - двухполярный источник питания ^12 В;

• - цифровой вольтметр (типа В7-22, В7-27);

• - генератор сигналов.

Программа работы

1. Используя справочник по интегральным микросхемам, ознакомьтесь со схемой и техническими характеристиками операционного

2. Соберите схему усилительного каскада с последовательной обратной связью по напряжению согласно рис.4.1. (неинвертирующий усилитель).

рис.4.1

Подключите питание - два источника постоянных напряжений 12В. Закоротите входные зажимы ОУ и с помощью осциллографа убедитесь, что напряжение на выходе усилителя близко к нулю. Возможно появление высокочастотных колебаний (самовозбуждение), в этом случае включите цепь частотной коррекции, рекомендуемую в справочнике по операционным усилителям, и добейтесь отсутствия колебаний.

Определите с помощью цифрового вольтметра напряжение смещения нуля на выходе ОУ и его знак. Разделите полученную величину на коэффициент усиления, равный 11, и сравните приведенное по входу напряжение смещения нуля со справочными данными. Включите цепь коррекции нуля и добейтесь минимально возможной величины напряжения на выходе ОУ. Запишите значения напряжения смещения на выходе ОУ без коррекции и с коррекцией.

Подключите по входу усилителя генератор синусоидальных сигналов. Установите частоту сигнала 1000 Гц и, плавно увеличивая напряжение генератора, проследите за величиной и формой выходного напряжения. Для этой цели подключите входы двухканального осциллографа к входу и выходу усилительного каскада на ОУ. Убедитесь, что фазы напряжений на входе и выходе совпадают. Зарисуйте полученные осциллограммы. Убедитесь также в том, что выходные уровни напряжений в усилителе ограничены.

Определите предельные уровни выходных напряжений и сравните полученные значения с Определите методом двойной амплитуды (по возможности точнее) коэффициент усиления и сравните полученное значение с расчетным, определенным по формуле

.

Проверьте с помощью омметра фактические значения резисторов R1 и R2 и уточните расчетное значение коэффициента усиления.

Изменяя частоту входного сигнала в сторону ее уменьшения, убедитесь, что усилитель работоспособен при сколь угодно медленных колебаниях сигнала.

Определите высокочастотную границу рабочего диапазона частот. Если частотного диапазона генератора будет недостаточно, то необходимо использовать высокочастотный генератор, например типа ГЧ-102.

Определите быстродействие усилителя как скорость изменения выходного напряжения. Для этого подключите ко входу генератор прямоугольных импульсов с амплитудой 0,5 – 2 В и частотой 20-50 кГц. Форма выходных импульсов обычно бывает трапецеидальной. Быстродействие определите по наклону фронта или спада выходного импульса

U_вых/t_{ф (В/мкс)}. Сравните полученную величину с паспортными данными на операционный усилитель.

3. Соберите инвертирующий усилитель по схеме согласно рис.4.2.

рис.4.2

Входное сопротивление этого усилителя равно сопротивлению резистора R₁, а коэффициент усиления определяется отношением

.

Подключите по входу усилителя генератор синусоидальных сигналов. Установите частоту сигнала 1000 Гц и, плавно увеличивая напряжение генератора, проследите за величиной и формой выходного напряжения. Для этой цели подключите входы двухканального осциллографа к входу и выходу усилительного каскада на ОУ. Убедитесь, что фазы напряжений на входе и выходе ОУ сдвинуты на 180 эл.град.. Зарисуйте полученные осциллограммы.

Определите методом двойной амплитуды (по возможности, точнее) коэффициент усиления и сравните полученное значение с расчетным, с учетом фактических значений R1 и R2.

Измерьте внутренний коэффициент усиления операционного усилителя. Для этого установите частоту сигнала 50 Гц и напряжение на выходе близкое к ограничению. С помощью цифрового вольтметра В7-22 проведите измерение напряжений на выходе и непосредственно на инверсном входе ОУ U_Д, по отношению этих напряжений определите внутренний коэффициент усиления

.

4. Соберите дифференциальный усилительный каскад по схеме согласно рис.4.3.

В этом каскаде важно выполнение равенства

.

рис.4.3

В лабораторном стенде резистор R₂' регулируется в пределах 90-110 кОм. Отрегулируйте усилитель. Для этого подайте на оба входа один и тот же сигнал и добейтесь регулировкой R2' отсутствия напряжения на выходе.

Убедитесь в работоспособности усилителя, подавая на его входы напряжения с разными уровнями и полярностью. Напряжения можно получить с помощью потенциометрических делителей напряжений, включаемых между источниками питания +12В и –12В.

5. Соберите фильтр низких частот по схеме согласно рис.4.4.

Подайте на вход схемы напряжение с выхода генератора и, регулируя его частоту f_г, снимите амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) фильтра k = f(f_г). Убедитесь, что в области низких частот коэффициент передачи фильтра равен R₂/R₁, а верхняя граничная частота (частота среза f_с на уровне –3db)

.

рис.4.4

Наклон частотной характеристики в полосе затухания, справа от частоты среза f_с, составляет 6 дБ/октаву ( напряжение падает вдвое при двойном увеличении частоты ).

Отключите конденсатор С1 и снимите аналогично АЧХ ОУ без частотной коррекции. Сравните обе характеристики между собой.

6. Соберите схему сумматора напряжений (рис.4.5).

Рис.4.5

Подайте на входы схемы одинаковые по амплитуде (примерно 0,5В) и фазе напряжения от двух генераторов с частотой 1000 Гц (для этого необходимо оба генератора соединить по выходу и входу синхронизации). Измерить оба входных напряжения и выходное с помощью осциллографа и убедиться, что выходное напряжение представляет усиленный в k = R2/R1 раз и сдвинутый по фазе на 180 эл. град. сигнал от суммы двух входных сигналов.

Установите частоту одного из генераторов 10000 Гц и зарисуйте осциллограммы входных и выходного сигнала. Полученный выходной сигнал представляет собой сумму двух входных сигналов разной частоты, усиленную в k раз, и в качественном отношении представляет вариант амплитудной модуляции высокочастотного сигнала низкочастотным.

7. Соберите линейный выпрямитель по схеме согласно рис.4.6.

рис.4.6

Подайте на вход ОУ переменное синусоидальное напряжение с частотой 1000 Гц. К выходу подключите осциллограф и цифровой вольтметр постоянного напряжения.

Снимите передаточную характеристику U_вых=f(U_вх). Убедитесь, что характеристика линейна и описывается выражением

_,

где U_вх - действующее значение входного переменного напряжения.

Для лучшего уяснения работы выпрямителя посмотрите с помощью осциллографа напряжения на правых по схеме выводах резисторов R₂.

Объясните назначение элементов R_3,C₁.

8. Соберите схему функционального преобразователя согласно рис.4.7.

Подайте на вход ОУ напряжение от источника постоянного регулируемого напряжения положительной полярности. Подключите к выходу вольтметр постоянного напряжения. Снимите передаточную характеристику U_вых=f(U_вх). Убедитесь, что передаточная характеристика кусочно-линейная. Найдите ориентировочно точки перегиба. Объясните действие схемы.

рис.4.7