Электронный

учебно-методический комплекс

СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ

ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Учебная программа дисциплины Учебное пособие

Учебное пособие «Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий» Методические указания по практическим занятиям Методические указания по курсовому проектированию Методические указания по самостоятельной работе

Банк тестовых заданий в системе UniTest

Красноярск ИПК СФУ

2008

УДК 64.38 ББК 32.844

И85

Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств» подготовлен в рамках инновационной образовательной программы «Структурная перестройка научно-образовательного центра "Радиоэлектроника"», реализованной в ФГОУ ВПО СФУ в 2007 г.

Рецензенты:

Красноярский краевой фонд науки; Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дисциплин

И85 Исследование аналоговых электронных устройств с применением ин- тернет-технологий. Версия 1.0 [Электронный ресурс] : электрон. учеб. пособие / А. В. Сарафанов, В. А. Комаров, А. С. Глинченко, В. Д. Скачко. – Электрон. дан. (4 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2008. – (Схемотехника аналоговых электронных устройств : УМКД № 46-2007 / рук. творч. коллектива А. И. Громыко). – 1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требования : Intel Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 4 Мб свободного дискового пространства ; привод DVD ;

операционная система Microsoft Windows 2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит) ;

Adobe Reader 7.0 (или аналогичный продукт для чтения файлов формата pdf). ISBN 978-5-7638-1489-7 (комплекса)

ISBN 978-5-7638-1493-4 (пособия)

Настоящее издание является частью электронного учебно-методического комплекса по дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств», включающего учебную программу, учебную программу, учебное пособие, учебное пособие «Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий», методические указания по курсовому проектированию, методические указания по самостоятельной работе, контрольно-измерительные материалы «Схемотехника аналоговых электронных устройств. Банк тестовых заданий», наглядное пособие «Схемотехника аналоговых электронных устройств. Презентационные материалы».

Рассмотрены задачи, методы и особенности автоматизированного лабораторно-го практикума с удаленным доступом (АЛП УД) по исследованию аналоговых электронных устройств, разработанного на основе технологии корпорации National Instruments в региональном инновационном центре «Центр технологий National Instruments» [http://sfu-kras.ru/studies/sdo/ni] при ФГОУ ВПО «Сибирский федераль-ный университет». Приведены задания и указания к выполнению лабораторных ра-бот по экспериментальному исследованию и моделированию аналоговых устройств.

Предназначено для студентов направления подготовки бакалавров 210200.62 «Радиотехника» укрупненной группы 210000 «Электроника, радиотехника и связь».

© Сибирский федеральный университет, 2008

Рекомендовано Инновационно-методическим управлением СФУ в качестве учебного пособия

Редактор Л. И. Злобина

Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр технологий электронного обучения информационно-аналитического департамента СФУ; лаборатория по разработке мультимедийных электронных образовательных ресурсов при КрЦНИТ

Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование ииспользование данного продукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрированными товарными знаками тех или иных фирм.

Подп. к использованию 01.09.2008 Объем 4 Мб

Красноярск: СФУ, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79

Оглавление
Введение....................................................................	5
1. Автоматизированный лабораторный практикум
с удаленным доступом на базе технологий
National Instruments.................................................	7
1.1. ОбобщеннаясхемапостроенияАЛПУД...............................................	7
1.2. Компьютерныеизмерительныетехнологии National Instruments.......	9
1.3. Обобщеннаясхемапостроениясистем АЛПУДсприменением
технологийNational Instruments ..................................................................	16
2. Методы и средства измерения характеристик и
параметров аналоговых устройств .......................	20
2.1. Измерительныефункции виртуальныхизмерительныхприборов..	20
2.2. Методыиалгоритмыизмерения, реализуемыеАПК.........................	21
2.3. Описаниевиртуальныхизмерительныхприборов наосновеих
лицевыхпанелей.........................................................................................	25
3. Аппаратно-программный комплекс с
удаленным доступом «Схемотехника аналоговых
электронных устройств» ........................................	34
3.1. КонфигурацияАПК «Схемотехникааналоговыхэлектронных
устройств» ....................................................................................................	34
3.2. АвтоматизированныйлабораторныймакетАПКУДСАЭУ...............	35
3.3. Виртуальныестендыдлялабораторныхисследований
характеристикипараметрованалоговыхсигналов..................................	41
3.3.1. Виртуальныйлабораторныйстенддля исследования резистивного
каскадаиусилительногокаскадасчастотнойкоррекцией.....................................	42
3.3.2. Виртуальныйлабораторныйстенддля исследования характеристик и
параметровусилителянизкойчастотысобратнымисвязями...............................	44
4. Исследование аналоговых устройств
посредством моделирования на ПЭВМ.................	46
4.1. Модели, средстваиметодикиисследованияаналоговыхустройстви
ихузловспомощьюмоделированиянаПЭВМ.........................................	46
4.1.1. Подключениеинтегрированнойбиблиотеки...................................................	50
4.1.2. Общиенастройкимоделирования...................................................................	51
4.1.3. Визуализациярезультатовмоделирования...................................................	53
4.2. Исследования, выполняемыеспомощью
моделированиянаПЭВМ............................................................................	57
Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие	-3-

ОГЛАВЛЕНИЕ
4.3. Примерывыполнениялабораторныхзаданий...................................	58
4.3.1. Исследованиережимаработыпопостоянномутоку реостатногокаскадана
биполярномтранзисторе............................................................................................	58
4.3.2. ИсследованиеАЧХ, ФЧХрезистивногокаскадасчастотнойкоррекцией... 61
4.3.3. ИсследованиетемпературнойзависимостиАЧХиФЧХ усилителя
низкойчастоты............................................................................................................	65
4.3.4. ИсследованиевлияниястатистическогоразбросанаАЧХиФЧХ
усилителясобратнойсвязью....................................................................................	68
4.3.5. Исследованиенелинейныхискаженийусилителя снеинвертирующим
входомвустановившемсярежиме............................................................................	72
5. Лабораторные работы по исследованию
аналоговых устройств ............................................	76
Лабораторнаяработа№1 Исследованиеосновныхпараметров и
характеристикусилителей...........................................................................	76
Лабораторнаяработа№2 Исследованиевлиянияобратнойсвязи на
параметрыихарактеристикиусилителя....................................................	86
Лабораторнаяработа№3 Исследованиерезистивногокаскадана
биполярномтранзисторе...........................................................................	100
Лабораторнаяработа№4 Исследованиеусилительногокаскадас
частотнойкоррекцией................................................................................	110
Лабораторнаяработа№5 Исследованиетранзисторного
усилителямощности..................................................................................	119
Лабораторнаяработа№6 Исследованиепреобразователейаналоговых
сигналовнаоперационныхусилителях...................................................	129
Заключение...........................................................	143
Библиографический список...............................	144
Приложение 1. Список используемых
сокращений ...........................................................	146
Приложение 2. Описание моделей
радиокомпонентов и их параметров...................	148

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-4-

ВВЕДЕНИЕ

Современная радиотехника охватывает практически все сферы бытовой и профессиональной деятельности человека. Изучение ее основ предусмотрено большинством образовательных программ систем высшего, среднего и начального профессионального образования. Базовыми компонентами современной радиотехники являются аналоговые электронные устройства и создаваемые на их основе различные радиотехнические устройства.

Теоретическое и практическое изучение аналоговых электронных устройств [2, 3] осуществляется в рамках учебной дисциплины «Схемотехника аналоговых электронных устройств». Лабораторный практикум этой дисциплины включает исследование наиболее широко применяемых (базовых) типов аналоговых устройств и реализуется с применением системы АЛП1 с удаленным доступом (АЛП УД) «Схемотехника аналоговых электронных устройств», в состав которой входит аппаратно-программный комплекс с удаленным доступом (АПК УД) «Схемотехника аналоговых электронных устройств».

АПК УД разработан в региональном инновационном Центре техноло-

гий National Instruments [http://sfu-kras.ru/studies/sdo/ni] при ФГОУ ВПО «Си-

бирский федеральный университет» на основе технологии, инструменталь-

ных и программных средств National Instruments (NI) – LabVIEW [4, 5]. Сете-

вая лаборатория Сибирского федерального округа [www.alpsib.ru], на базе которой организуется учебный процесс с применением систем АЛП УД (в том числе и АЛП УД «Схемотехника аналоговых электронных устройств»), обеспечивает: авторизованный регламентированный доступ АПК УД к методическому и информационному обеспечению лабораторных практикумов, к программному обеспечению, позволяющему выполнять лабораторные исследования средствами математического моделирования; виртуальное общение преподавателей, студентов и административного персонала лаборатории и пр.

Выполнение лабораторных исследований в системе АЛП УД [7, 8] осуществляется с помощью сетевых телекоммуникационных технологий с персонального компьютера, удаленного на любое расстояние от места размещения дистанционно управляемого исследуемого объекта (лабораторного макета, входящего в состав АПК), и сопряженных с ним компьютерных средств измерения и управления.

1 Список используемых сокращений приведен в прил. 1.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-5-

ВВЕДЕНИЕ

По сравнению с использованием традиционного лабораторного практикума применение дистанционных компьютерных технологий измерения и управления существенно сокращает требуемый объем оборудования, расширяет измерительные и исследовательские возможности практикума, повышает его производительность. Система АЛП УД на базе АПК УД «Схемотехника аналоговых электронных устройств» позволяет проводить лабораторные исследования в многопользовательском режиме (режим клиент-сервер) как с учебной группой в специализированной компьютерной лаборатории или классе, так и индивидуально с любого клиентского персонального компьютера путем подключения к серверу системы АЛП УД с помощью сетей Internet/Intranet.

Система АЛП УД включает экспериментальные исследования, выполняемые с помощью АПК УД «Схемотехника аналоговых электронных устройств», и исследования, проводимые с помощью моделирования на ПЭВМ на основе демоверсии системы схемотехнического моделирования

OrCAD 9.1 [www.cadence.com/products/orcad/index.aspx].

Цели лабораторного практикума: проверка и закрепление изучаемых в теоретическом курсе физических принципов работы и схемотехнических методов; практическое освоение методов и средств их экспериментального исследования и моделирования; сопоставление теоретических результатов с результатами эксперимента и моделирования; анализ причин возможного их расхождения.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-6-

1.АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

НА БАЗЕ ТЕХНОЛОГИЙ NATIONAL INSTRUMENTS

1.1. ОбобщеннаясхемапостроенияАЛПУД

Под автоматизированным лабораторным практикумом (АЛП) понимаются лабораторные исследования, выполняемые с помощью компьютерных средств автоматизации, измерения и моделирования. Комплекс технических, программных и методических средств, обеспечивающих автоматизированное проведение лабораторных работ на физических объектах (лабораторных макетах, стендах, установках) и (или) математических моделях, образует в соответствии с ОСТ 9.2–98 систему АЛП. Исследование свойств территориально удаленных от обучаемого объектов осуществляется с помощью систем АЛП УД, которые относятся к распределенным многопользовательским компьютерным системам.

Одна из возможных конфигураций многопользовательской (клиентсерверной) системы АЛП УД приведена на рис. 1.1. Она содержит персональные компьютеры, подключенные к общей информационновычислительной сети: измерительный персональный компьютер, размещенный на стороне исследуемого объекта (ПК-И), персональные компьютеры удаленных пользователей/клиентов (ПК-К) и персональный компьютерсервер (ПК-С), управляющий установлением связи и обменом данными между измерительным и клиентскими персональными компьютерами.

			Канал связи
ПК-К			ПК-С
(ПО-ИК)			(ПО-С)
....						ПК-И		УСД
						(ПО-ИИ)
								АЛМ
ПК-К
								(ИО)
(ПО-ИК)

Рис. 1.1. Вариант базовой конфигурации аппаратно-программных средств системы АЛП УД

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-7-

1.АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

1.1.Обобщенная схема построения АЛП УД

Сизмерительным ПК сопрягается устройство сбора данных (УСД), связывающее его с АЛМ, включающим в себя исследуемый объект (ИО). Устройство сбора данных выполняет функции ввода-вывода измерительных аналоговых и цифровых управляющих сигналов, которые передаются на исследуемый объект и с исследуемого объекта.

В упрощенном варианте конфигурации системы АЛП УД на ПК-сервер могут быть возложены как функции установления связи и управления обменом данными, так и функции измерительного ПК (ПК-СИ, рис. 1.2).

Техническое обеспечение системы АЛП УД содержит ее аппаратное

ипрограммное обеспечение. Аппаратное обеспечение включает персональные компьютеры, устройства сбора данных и автоматизированные лабораторные макеты в виде экспериментальных стендов, установок и т. п.

АЛМ кроме исследуемого объекта (или объектов) содержат элементы сопряжения, устройства управления и коммутации. Через элементы сопряжения с УСД на исследуемый объект выводятся тестовые воздействия и управляющие сигналы и передаются на УСД сигналы-отклики исследуемого объекта. С помощью элементов управления и коммутации обеспечивается автоматизированное управление лабораторным макетом.

	Канал связи
ПК-К
			ПК-СИ		УСД
(ПО-ИК)
			(ПО-СИ)
....
ПК-К					АЛМ (ИО)
(ПО-ИК)

Рис. 1.2. Упрощеннаябазоваяконфигурацияаппаратно-программныхсредств системыАЛП УД

ПО системы АЛП УД разделяют на сетевое, коммуникационное, измерительное, вспомогательное.

Сетевое ПО, установленное на ПК-сервере (ПО-С), управляет установлением связи и обменом данными в системе АЛП УД.

Измерительное ПО системы распределяется между измерительным ПК (ПО-ИИ) или измерительным ПК-сервером (ПО-СИ) и ПК клиента (ПО-ИК)

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-8-

1.АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

1.1.Обобщенная схема построения АЛП УД

–клиентским измерительным ПО. Измерительное ПО, устанавливаемое на измерительном ПК (или на сервере), непосредственно управляет процессом измерений и формированием массивов (пакетов) результатов измерений, передаваемых клиенту. Измерительное ПО клиента содержит, как правило, программы лицевых панелей виртуальных измерительных приборов и/или лабораторных стендов, путем настройки которых формируется траектория измерения и соответствующий ей пакет заданий, передаваемых на измерительный ПК. Кроме этого измерительное ПО клиента обеспечивает прием и обработку результатов измерений с измерительного ПК, их цифровое и графическое отображение, проведение курсорных измерений, сохранение результатов измерений, формирование отчета и другие функции.

Вспомогательное ПО систем АЛП УД предназначено для моделирования функций лабораторного макета на основе его математической модели,

атакже функций, выходящих за пределы технических возможностей макета. Кроме того, в состав вспомогательного ПО могут входить ИЭТР, дающие визуальное представление обучаемому об исследуемом объекте на основе 2D- и 3D-моделей (в том числе их декомпозиции), электронной технической документации, а также различных мультимедийных приложений.

1.2. Компьютерныеизмерительныетехнологии

National Instruments

Системы автоматизированного лабораторного практикума с удаленным доступом для экспериментального исследования физических объектов основываются на концепции компьютерных измерений, реализуемой с помощью компьютерных измерительных технологий. Компьютерные измерения и приборы отличаются от традиционных использованием персонального компьютера как элемента измерительной цепи на всех этапах сбора, обработки, отображения и сохранения измерительной информации. Их преимущества заключаются в многофункциональности, определяемой измерительным ПО, и минимально необходимом и унифицированном аппаратном обеспечении. С помощью средств аппаратного обеспечения осуществляется сбор данных с исследуемого объекта и ввод-вывод данных в ПК, поэтому их называют устройствами сбора данных. Аппаратными средствами сбора данных в значительной степени определяются технические характеристики компьютерных измерительных приборов и систем. АПК, включающий ПК и УСД, совместно с ПО образует АССОД. Общая структура аппаратного

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-9-

1.АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

1.2.Компьютерные измерительные технологии National Instruments

обеспечения измерительного комплекса на базе ПК с одним подключенным к нему объектом исследования приведена на рис. 1.3.

Устройство сбора данных в системе минимальной конфигурации включает синхронизируемые каналы аналогового и цифрового ввода-вывода сигналов (АI, АО, DIO), которые с помощью встроенных или внешних измерительных датчиков, исполнительных устройств и интерфейсных средств сопрягаются с одним или с группой исследуемых объектов и ПК. Устройства сбора данных могут различаться числом и структурой каналов, конструкцией и количеством образующих их модулей, используемым цифровым интерфейсом и техническими характеристиками. Ввод и вывод аналоговых сигналов в УСД основывается на их АЦП и ЦАП.

Каналы ввода аналоговых сигналов могут содержать как собственные АЦП, так и один общий для всех каналов мультиплексируемый АЦП. АЦП осуществляют выборки входного сигнала в дискретные равноотстоящие моменты времени с частотой дискретизации fда и преобразование их в последовательности цифровых кодов, вводимых в ПК. По цифровым кодам АЦП с помощью измерительной программы вычисляются соответствующие им значения напряжения или тока.

ПК

Интерфейс

	УСД
	Каналы ввода аналоговых		….
		AI
	сигналов (каналы ЦАП)

Устройство синхронизации и управления

Каналы вывода

аналоговых сигналов AO …. (каналы ЦАП)

	Каналы ввода-вывода	DIO
	цифровых сигналов

Исследуемый объект (АЛМ)

Рис. 1.3. Структура аппаратного обеспечения компьютерных измерительных систем

Каналы вывода аналоговых сигналов содержат ЦАП, которые преобразуют поступающие на них с ПК с частотой дискретизации вывода fдс последовательности цифровых кодов в аналоговые тестовые сигналы.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-10-

1.АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

1.2.Компьютерные измерительные технологии National Instruments

По каналам цифрового ввода-вывода УСД с ПК выводятся сигналы управления исследуемым объектом (автоматизированным лабораторным макетом).

Создание измерительных систем на базе ПК (измерительных приборов, измерительных комплексов, автоматизированных систем сбора и обработки данных) связано с решением широкого круга задач, включающих разработку:

конфигурации (архитектуры) системы; аппаратного обеспечения – устройства сбора данных и его программ-

ного обеспечения (драйверов); алгоритмов измерения, соответствующих реализуемым измеритель-

ным функциям, и их отладку (моделирование); измерительного программного обеспечения; виртуальных лицевых панелей управления и отображения; сопряжения аппаратного и программного обеспечения;

сетевого программного обеспечения при создании систем с удаленным доступом.

С учетом сложности и трудоемкости этих задач корпорацией NI (США) были разработаны технологии их комплексного и эффективного решения, получившие название компьютерных измерительных технологий NI. Технологии NI охватывают вопросы разработки аппаратного, алгоритмического и программного обеспечения измерительных систем на базе ПК, а также автоматизации их проектирования [http://www.ni.com/].

Технологией NI унифицированы и стандартизированы архитектуры измерительных систем на базе ПК. Это системы, использующие модульные УСД, одноплатные УСД, одноплатные модульные приборы и автономные PXI-системы.

К системам, использующим модульные УСД, относятся VXI-системы, реализуемые в стандартном крейте со встроенным контроллером крейта, и модульные SCC-, SCXI- и USB- (CompactDAQ) системы. Они состоят из внешнего блока модулей нормализации сигналов и сопряжения с объектом и одноплатного модуля аналогового и цифрового ввода-вывода, который встраивается в ПК или подключается к ПК через внешний USB-порт.

Одноплатные системы создают на основе плат аналогового ввода, аналогового вывода, цифрового ввода-вывода, многофункциональных плат сбора данных или специализированных одноплатных модульных приборов

– генераторов сигналов, осциллографов, мультиметров и др., которые

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-11-

1.АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

1.2.Компьютерные измерительные технологии National Instruments

устанавливают на внутреннюю шину PCI или PCI-express или подключают извне через последовательный USB-порт.

Высокопроизводительные PXI-системы строят на базе собственного промышленного компьютера. Они обеспечивают высокочастотные измерения и обработку данных в реальном времени. Такие системы являются достаточно дорогостоящими.

Корпорацией NI создан (и постоянно обновляется) широкий спектр высокоточных технических средств сбора данных для систем различной конфигурации, удовлетворяющих большинству реальных приложений и исключающих необходимость проведения собственной разработки или использования средств разных производителей, не отвечающих в ряде случаев технологиям NI.

Вид некоторых устройств и модулей NI показан на рис. 1.4. По техническим и экономическим показателям системам АЛП УД отвечают одно-

платные многофункциональные устройства (платы) сбора данных. Приме-

рами их являются PCI-платы сбора данных серии «М» и USB-устройства, технические характеристики которых приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Технические характеристики PCI-плат сбора данных серии «М» и USB-устройств

Тип

платы

сбора данных NI

PCI-6221M PCI-6289M PCI-6251M USB-6211 USB-6009 USB-6221 USB-6259

Число каналов

аналогового ввода	аналогового вывода	цифровых вводавывода
16/8	2	24
32/16	4	48
16/8	2	24
16/8	2	4
8/4	2	12
16/8	2	24
32/16	4	48

	Разрядность,		Макс. скорость,
Диапазон	бит		выборка, с
аналого-
вого			анало-	анало-
ввода-	АЦП	ЦАП	гового	гового
вывода, В			ввода	вывода
±10	16	16	250 тыс.	833 тыс.
±10	18	16	625 тыс.	2,8 млн
±10	16	16	1,25 млн	2,8 млн
±10	16	16	250 тыс.	250 тыс.
±20	14	12	48 тыс.	150 тыс.
±10	16	16	250 тыс.	833 тыс.
±10	16	16	1,25 млн	2,8 млн

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-12-

1.АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

1.2.Компьютерные измерительные технологии National Instruments

а

б

в

Рис. 1.4. Внешний вид некоторых устройств и модулей NI:

а – шасси PXI; б – модули PXI; в – платы сбора данных серии «М»

Развернутая обобщенная структура многофункциональной платы сбора данных приведена на рис. 1.5.

Каналы аналогового ввода платы AI0–AI15 включают АМП на 16 входов, ПУ, УВХ, АЦП и БЗУ типа FIFO (БЗУ1). Два канала вывода аналоговых сигналов AO0, AO1 содержат общее для обоих каналов БЗУ2 и идентичные в обоих каналах регистры данных (РД1, РД2), цифроаналоговые преобразователи (ЦАП1, ЦАП2), программируемые аттенюаторы (ПА1, ПА2) и фильтры нижних частот (ФНЧ1, ФНЧ2). К устройству управления и синхронизации на функциональной схеме относятся узел внешней и внутренней синхронизации ввода, устройства управления каналами ввода (УУК1) и вывода (УУК2), опорный генератор (ОГ), программируемый делитель частоты дискретизации fда вводимых сигналов (ПДЧ1) и программируемый делитель частоты дискретизации fдс выводимых сигналов (ПДЧ2). На схеме показаны также программируемый таймер (Т), 8-битовый канал ввода-вывода цифровых сигналов DIO0–DIO7 и устройство сопряжения с шиной РСI (интерфейс

РСI).

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-13-

1.АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

1.2.Компьютерные измерительные технологии National Instruments

AI0

….АМП ПУ УВХ АЦП БЗУ1

AI15

Синхр.

Узел

Устройство

УУК1

внеш.

синхронизации

запуска 1

Синхр.

внутр.

ОГ

ПДЧ1

•

•

Т

Вход

•

Интер-

импульсный

фейс Кшине

ПДЧ2

УЗ 2

УУК2

PCI

PCI ПК

AО0

ФНЧ1 ПА1 ЦАП1 РД1 БЗУ2

AО1
	ФНЧ2			ПА2		ЦАП2		РД2
DIO (0–7)
				Каналы цифрового ввода-вывода

Рис. 1.5. Развернутая обобщенная структура многофункциональной платы сбора данных

Ввод аналоговых сигналов в ПК осуществляется путем преобразования их из аналоговой формы в цифровую с помощью общего для всех каналов ввода 16-разрядного АЦП, а формирование выводимых аналоговых сигналов – путем преобразования в аналоговую форму цифровых сигналов ПК с помощью двух 16-разрядных ЦАП каналов вывода. С помощью ПА осуществляется управление амплитудой выводимых сигналов, а с помощью ПУ обеспечивается необходимое усиление вводимых аналоговых сигналов. По линиям цифрового вывода из ПК выводятся коды управления исследуемым объектом.

Принципиальным отличием и преимуществом технологии NI является наличие созданной корпорацией среды графического программирования виртуальных инструментов LabVIEW, обеспечивающей автоматизацию проектирования измерительных систем на базе ПК. Система LabVIEW отвечает принципу «программирование без программирования» и доступна для освоения и самостоятельного применения разработчиками измерительных систем. Программирование в LabVIEW осуществляется на уровне блокдиаграмм и виртуальных лицевых панелей приборов. Любая программа

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-14-

1.АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

1.2.Компьютерные измерительные технологии National Instruments

вLabVIEW называется виртуальным инструментом или виртуальным прибором. С помощью библиотеки драйверов устройств сбора данных, совместимых с LabVIEW, осуществляется их автоматическое сопряжение с измерительным ПО. Среда LabVIEW является также мощным программным средством моделирования алгоритмов измерения и их отладки. Она включает обширную библиотеку стандартных функций и модулей, реализующих базовые алгоритмы цифровой обработки сигналов и измерения параметров сигналов и характеристик объектов, а также готовые средства для проведения стандартных измерений, не требующие программирования (среда NI Signal Express). Система LabVIEW генерирует коды программ, не уступающие по скорости обработки кодам, получаемым на основе алгоритмических языков высокого уровня. Применение системы LabVIEW существенно снижает трудоемкость и сокращает сроки разработки измерительных систем, чем и мотивировалось ее создание. Она содержит также программные средства разработки измерительных систем с удаленным доступом с использованием стандартных протоколов обмена данными в сетях Internet/Intranet.

Корпорация NI оказывает поддержку в реализации образовательных программ различного уровня в виде существенных скидок на приобретение

учебными заведениями лицензионных программных средств LabVIEW, а также предоставление им недорогих инструментальных модулей и специализированных учебных лабораторий и комплексов [http://digital.ni.com/ worldwide/russia.nsf/sb/Education+Item?OpenDocument?node=200129_ru]. Это аппаратно-программные средства для изучения машинного зрения, виброакустического анализа, исследования электрических и электронных цепей (лабораторный комплекс NI ELVIS), измерительных технологий, систем цифровой связи, устройств приема и анализа радиосигналов, цифровых сигнальных процессоров и микроконтроллеров, программирования ПЛИС и другие.

К измерительным задачам ряда систем АЛП УД относятся генерация тестовых воздействий на исследуемый объект и измерения действующих на нем напряжений и токов путем считывания их мгновенных значений, оцифровывания, ввода в ПК и оценки считанных значений с помощью программной обработки. При программировании этих задач можно использовать стандартные функции LabVIEW генерации тестовых сигналов и ввода цифровых кодов с УСД. Вид блок-диаграммы генерации линейно нарастающего сигнала показан на рис. 1.6, а, а на рис. 1.6, б – соответствующая ей лицевая панель генератора.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-15-

1.АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

1.2.Компьютерные измерительные технологии National Instruments

а

б

Рис. 1.6. Программа LabVIEW: блок-диаграмма (а)

и лицевая панель (б) генератора линейно нарастающего сигнала

Важное место при разработке измерительных систем занимают задачи

отображения измерительной информации. Система LabVIEW предоставляет мощные и легко реализуемые средства графического отображения результатов измерения и их статистической обработки, в частности ВАХ полупроводниковых приборов и осциллограмм сигналов.

Представление о графических возможностях системы LabVIEW дают разработанные с ее помощью лицевые панели виртуальных лабораторных стендов, описание которых приведено в последующих главах.

1.3. Обобщеннаясхемапостроениясистем АЛПУД

сприменениемтехнологийNational Instruments

ВСибирском федеральном университете на базе Регионального инновационного центра «Центр технологий National Instruments» была разработана обобщенная схема построения систем АЛП УД на основе техноло-

гий NI (рис. 1.7).

Согласно этой схеме на ПЭВМ-измерителе системы находится серверное измерительное ПО, реализуемое в среде графического программирования Lab-

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-16-

1.АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

1.3.Обобщенная схема построения систем АЛП УД с применением технологий National Instruments

VIEW. Под управлением его происходит ввод-вывод измерительных аналоговых и цифровых управляющих сигналов на автоматизированный лабораторный макет через устройство сбора данных. Взаимодействие программной и аппаратной частей системы осуществляется при помощи комплекса драйверов DAQmx.

В качестве аппаратной части в системе АЛП УД могут выступать встраиваемые в персональный компьютер многофункциональные платы сбора данных, платы аналогового и цифрового ввода-вывода, платы осциллографов и генераторов, модульные устройства согласования, готовые программно-аппаратные измерительные комплексы, например NI Elvis.

Удаленное управление АПК в системе АЛП УД реализуется на основе технологии сетевого обмена DataSocket. С этой целью на центральном сервере устанавливается приложение DataSocket server, которое обеспечивает по протоколу DataSocket стека TCP/IP обмен потоками данных при измерениях между ПЭВМ-измерителями и ПЭВМ-клиентами по сетям

Ethernet, Intranet, Internet.

DataSocket – основанная на промышленном стандарте ТСР/IPтехнология NI, которая упрощает передачу данных между ПЭВМ и приложениями, совершенствует средства автоматизации физических измерений.

Технология DataSocket позволяет размещать и считывать данные следующих типов:

текст, воспроизводимый строковым элементом индикации; табличный текст, рассматриваемый как массив;

звук (файлы с расширением wav); переменные типа variant.

DataSocket состоит из двух компонентов: DataSocket API и DataSocket-

сервера (рис. 1.8). DataSocket API представляет собой программный интерфейс приложения, который взаимодействует с различными типами данных. DataSocket API автоматически преобразует данные измерений в пересылаемый по сети поток байтов.

Считывающее приложение DataSocket автоматически преобразует поток байтов обратно в исходную форму. Подобное автоматическое преобразование устраняет сложность работы с сетью, которое предполагает написание значительного объема кода при использовании библиотек ТСР/IP.

За счет реализации специализированного алгоритма работы серверного ПО обеспечивается многопользовательский режим работы АПК в системе АЛП УД.

Измерительное ПО, устанавливаемое на ПЭВМ клиента, также реализовано в среде графического программирования LabVIEW. Посредством сетевого взаимодействия по протоколу dstp оно обеспечивает удаленное управление лабораторным макетом, которое производится через визуальный интерфейс, реализованный в виде комплекса виртуальных измерительных приборов и/или виртуальных стендов.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-17-

1.АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ НА БАЗЕ ТЕХНОЛОГИЙ NATIONAL INSTRUMENTS

1.3.Обобщенная схема построения систем АЛП УД с применением технологий National Instruments

Рис. 1.7. Лабораторные установки, макеты и т. п

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-18-

1.АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

1.3.Обобщенная схема построения систем АЛП УД с применением технологий National Instruments

Рис. 1.8. Организация сетевого обмена в АПК с использованием технологии DataSocket

Технические средства, объединяющие АЛМ и подсистему, обеспечивающую автоматизированное дистанционное управление макетом и экспериментальные исследования его свойств, образуют АПК УД системы АЛП УД.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-19-

2.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

2.1. Измерительныефункции виртуальныхизмерительныхприборов

Приведенные выше задачи исследования параметров и характеристик ОМ определяют требования к измерительному обеспечению АПК УД САЭУ и его измерительные функции.

Параметры и характеристики исследуемых ОМ находят путем измерения и алгоритмической обработки их откликов на задаваемые тестовые воздействия. Измерения обеспечиваются с помощью комплекса виртуальных измерительных приборов, включающего:

генератор (синтезатор) измерительных сигналов; осциллограф и анализатор спектра (анализатор сигналов);

измеритель амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик (АЧХ и ФЧХ).

Функции осциллографа предусматривают также необходимую для исследования ОМ возможность измерения постоянных и переменных напряжений и токов в исследуемых электрических цепях.

Функцииитехническиехарактеристикигенераторасигналов

С помощью измерительного генератора формируются тестовые сигналы различной формы – гармонические, импульсные, полигармонические с изме-няемыми значениями частоты (10 Гц – 100 кГц), амплитуды (5 мВ – 5 В) и начальной фазы (0–360°). Генератор дополнительно содержит источник случайных сигналов (шума) и постоянного смещения, добавляемых к сигналу, и управляемый источник двухполярного опорного напряжения, используемого в качестве внешнего напряжения смещения для исследуемых устройств.

Кроме тестовых сигналов генератор формирует импульсы синхронизации с регулируемой задержкой, которые используются для синхронизированного запуска АЦП и ввода измеряемых сигналов в ПК.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-20-

2.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ АНАЛОГ-ЫХ УСТРОЙСТВ

2.1.Измерительные функции виртуальных измерительных приборов

Запуск генератора и его настройка осуществляются с панели управления виртуального лабораторного стенда.

Функцииитехническиехарактеристикиосциллографаианализа-тораспектра

Осциллограф обеспечивает считывание и отображение реализаций сигналов конечной длины в диапазоне частот, амплитуд и длительностей, определяемых параметрами генератора измерительных сигналов. Считанному сигналу соответствует заданное число циклов (кадров) развертки, каждый из которых раздельно отображается на экране.

По считанной реализации сигнала осуществляется измерение его основных параметров – амплитуды, частоты, фазы, среднего, эффективного значения и стандартного отклонения. Он позволяет измерять также постоянное напряжение и постоянный ток. При использовании тестового импульсного сигнала с помощью осциллографа измеряются параметры переходного процесса.

Осциллограф может работать в режимах внутренней и внешней развертки. С помощью внешней развертки измеряются амплитудные и вольтамперные характеристики исследуемых устройств.

Анализатор спектра позволяет измерять спектральный состав сигналов и параметры спектральных составляющих – значения их частоты, амплитуды, начальной фазы, а также коэффициент гармоник сигнала.

ФункцииитехническиехарактеристикиизмерителяАЧХ-ФЧХ

Измеритель АЧХ-ФЧХ обеспечивает измерение частотных свойств исследуемых устройств в диапазоне частот и амплитуд, определяемом параметрами генератора измерительных сигналов.

В ручном режиме измерение осуществляется с помощью тестового гармонического сигнала изменяемой частоты. В автоматическом режиме измерения используется полигармонический сигнал, формируемый генератором сигналов.

По измеренным осциллограммам и АЧХ-ФЧХ могут быть выполнены курсорные измерения уровней сигналов и соответствующих им моментов времени, временных интервалов, уровней АЧХ и значений ФЧХ на заданной частоте или наоборот – граничных частот АЧХ по заданному ее уровню.

2.2. Методыиалгоритмыизмерения, реализуемыеАПК

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-21-

2.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ АНАЛОГ-ЫХ УСТРОЙСТВ

2.2.Методы и алгоритмы измерения, реализуемые АПК

Особенностиизмерений, выполняемыхАПК УД

Особенности измерений, выполняемых АПК УД, заключаются в конечной длительности тестовых воздействий и реализаций сигнала, по которым измеряются его параметры. Они обусловлены ограниченным временем доступа к исследуемым объектам и средствам измерения при работе АПК в многопользовательском сетевом режиме. Время это должно быть минимальным для обеспечения высокой пропускной способности системы АЛП УД и достаточным для обеспечения требуемой точности измерения.

Необходимая длительность тестового воздействия определяется также параметрами и характеристиками исследуемого объекта – диапазоном его рабочих частот и длительностью переходных процессов, вызванных включением тестового сигнала. Наибольшее время воздействия соответствует нижней частоте синтезируемых сигналов, равной в данном случае 10 Гц (период 0,1 с). Если допустить, что время завершения переходных процессов, вызванных таким воздействием, не превышает одного периода, то максимальную длительность воздействия, достаточную для исследования работы устройства как в переходном, так и в установившемся режимах, можно принять равной 0,2 секунды (двум периодам сигнала нижней частоты). Эта длительность соответствует максимальному времени генерации сигнала.

В случае недостаточной точности однократного измерения (измерения по одной реализации сигнала) ее можно повысить усреднением результатов многократных измерений, получаемых путем многократного обращения (доступа) к исследуемому объекту.

Учитывая, что исследование переходного и установившегося режимов работы устройства осуществляется раздельно, максимальную длительность реализации сигнала, необходимую для измерения его параметров, можно принять равной 0,1 с, т. е. длительности одного периода сигнала нижней частоты.

С повышением частоты сигнала длительность тестового воздействия и реализаций сигналов, по которым измеряются их параметры, уменьшается и определяется преимущественно необходимой точностью измерения.

Алгоритмысинтезатестовыхсигналов

Синтез тестового сигнала осуществляется путем вычисления его реализации конечной длины и ее однократного или многократного вывода с частотой дискретизации, зависящей от заданного значения частоты сигнала.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-22-

2.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ АНАЛОГ-ЫХ УСТРОЙСТВ

2.2.Методы и алгоритмы измерения, реализуемые АПК

Вывод сигнала производится в режиме прямого доступа к памяти без отвлечения ресурсов измерительного ПК.

При длине реализации сигнала, равной целому числу его периодов, значения частоты сигнала F, длины реализации N (числа выборок), числа периодов p и частоты дискретизации вывода fдс связаны соотношением

F = (fдс/N)p.

Алгоритм синтеза сигнала по заданному значению его частоты F основывается на выборе базового значения длины реализации сигнала Nб, определении соответствующей ему частоты дискретизации вывода fдс, числа периодов сигнала р и уточнении значения длины реализации N с учетом условий целочисленности р и технических ограничений на возможные значения частоты дискретизации fдс. Этому алгоритму синтеза отвечает примерно постоянное число выборок синтезируемого и измеряемого сигнала N в рабочем диапазоне частот. При этом время генерации и измерения убывает с ростом частоты сигнала, что является важным для многополь-зовательского режима работы АПК.

Реализацию синтезируемого сигнала вычисляют по его математическому описанию и найденным параметрам синтеза. Например, математическое описание дискретного синусоидального сигнала имеет вид

x(n) = Xmsin[2π(F/fдс)n + ϕ], n = 0, 1, 2, … N–1,

где Xm, ϕ – амплитуда и начальная фаза сигнала, n – номер выборки сигнала. Максимальное значение частоты синтезируемого сигнала ограничено минимально возможным значением числа его выборок за период nт.min = = fдс.max/Fmax. Им определяется искажение сигнала при его цифроаналоговом преобразовании. Для разработанного генератора сигналов fдс.max = 1250 кГц. Максимальному значению частоты гармонического сигнала Fmax = 100 кГц соответствует значение nт.min = 12,5. Используя сглаживающий фильтр с частотой среза порядка 600 кГц, при таком значении nт.min можно получить

удовлетворительное качество синтезируемого сигнала.

Для импульсных сигналов за счет высших гармоник их спектра значение максимальной частоты составляет 50 кГц.

Особенностью синтеза полигармонических сигналов (ПГС) является необходимость оптимизации фаз их гармоник из условия обеспечения минимального пик-фактора сигнала. Предложенный алгоритм синтеза позволил

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-23-

2.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ АНАЛОГ-ЫХ УСТРОЙСТВ

2.2.Методы и алгоритмы измерения, реализуемые АПК

получить значения пик-фактора, примерно равные корню квадратному из числа гармоник сигнала, что близко к предельно возможному значению. Это расширяет динамический диапазон измерений и повышает их точность.

Алгоритмыизмеренияпараметровиспектровсигналов

Измерение параметров сигналов (максимального, минимального, среднего, эффективного значений и стандартного отклонения) выполняется по их реализациям конечной длины, считанным с частотой дискретизации ввода (частотой дискретизации АЦП) fда, путем вычисления выборочных оценок данных параметров в соответствии с их математическими описаниями. Необходимая точность измерений при этом достигается при целом числе периодов сигнала на длине реализации.

Измерение спектра сигналов X(jfк) выполняется путем умножения сигнала x(n) на весовую функцию w(n) конечной длины N и вычисления его дискретного преобразования Фурье (ДПФ) на дискретных частотах fк = kfда/N, совпадающих с частотными составляющими измеряемого сигнала:

X ( jfk ) = N∑−1x(n)w(n)e− j(2π/N)kn, n=0

где k = 0, 1, … (N–1)/2 – номер частотной выборки спектра сигнала. Амплитудный спектр сигнала соответствует модулю вычисленного

ДПФ, а фазовый спектр – его аргументу. Измерения спектра выполняют, как правило, с применением прямоугольной весовой функции.

Коэффициент гармоник сигнала находят по измеренным значениям его основной и высших гармоник.

АлгоритмыизмеренияАЧХиФЧХисследуемыхобъектов

Автоматическое измерение АЧХ и ФЧХ проводится по откликам исследуемого объекта на тестовый полигармонический сигнал. Полосой частот ПГС определяется область частот, в которой измеряются частотные характеристики исследуемого объекта.

Алгоритм измерения АЧХ-ФЧХ основывается на вычислении отношения ДПФ выходного y(n) и входного x(n) сигналов исследуемого объекта на дискретных частотах fк ПГС:

Н(jfк) = Y(jfк)/X(jfк).

Модулем Н(jfк) определяют АЧХ исследуемого объекта, а аргументом – его ФЧХ.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-24-

2.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ АНАЛОГ-ЫХ УСТРОЙСТВ

2.2.Методы и алгоритмы измерения, реализуемые АПК

Значения АЧХ и ФЧХ на отдельных частотах могут быть измерены в ручном режиме с помощью тестового гармонического сигнала путем вычисления его амплитуды и фазы на входе и выходе исследуемого объекта.

2.3. Описаниевиртуальныхизмерительныхприборов наосновеихлицевыхпанелей

Генераторсигналов

Лицевые панели генератора, соответствующие разным видам сигналов, приведены на рис. 2.1, рис. 2.2.

Рис. 2.1. Вид лицевой панели генератора гармонического и импульсных сигналов

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-25-

2.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ АНАЛОГ-ЫХ УСТРОЙСТВ

2.3.Описание виртуальных измерительных приборов на основе их лицевых панелей

Рис. 2.2. Вид лицевой панели генератора полигармонических сигналов

С лицевой панели генератора выбирают вид сигнала – синус, меандр, треугольник, пила, прямоугольный импульс (гармонический и импульсные сигналы – ГИС) или полигармонические сигналы (ПГС).

При выборе сигнала, относящегося к ГИС (рис. 2.1), задают его параметры («Параметры ГИС») – частоту, амплитуду, начальную фазу и скважность (для прямоугольного импульса).

При выборе ПГС (рис. 2.2) задают его параметры («Параметры ПГС») – частоту начальную, частоту конечную, шаг по частоте и амплитуду сигнала. Для информации на лицевую панель выводится значение амплитуды гармоник, соответствующее заданным параметрам ПГС.

К сигналу могут быть добавлены шум («Плюс шум») с заданным СКЗ и постоянное смещение («Плюс смещение»).

Настройка генератора включает также установку значения задержки формируемого им синхросигнала. Этим сигналом синхронизируется момент запуска осциллографа и измерителя АЧХ-ФЧХ. Выводимое фактическое значение задержки зависит от заданной частоты сигнала.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-26-

2.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ АНАЛОГ-ЫХ УСТРОЙСТВ

2.3.Описание виртуальных измерительных приборов на основе их лицевых панелей

Осциллографианализаторспектра

Лицевые панели осциллографа и анализатора спектра (в режиме измерения спектра амплитуд) приведены на рис. 2.3, рис. 2.4.

Рис. 2.3. Вид лицевой панели осциллографа и анализатор спектра в режиме «Осциллограф»

Параметрами настройки канала развертки осциллографа являются вид развертки – внешняя или внутренняя, число циклов развертки, номер выводимого на экран цикла развертки. Параметрами настройки измерительного канала Y являются значения масштаба по оси Y, задаваемое вручную или устанавливаемое автоматически (режим «Авто»). Вход канала может быть открытый или закрытый. На экране осциллографа отображается график сигнала, а на верхней цифровой панели – его измеренные параметры – максимальное, минимальное, среднее, эффективное значение и стандартное отклонение.

При выборе режима «Строб-преобразование» на экран выводится один период считанного сигнала, представленный совокупностью выборок всех его периодов, имеющих разное смещение во времени относительно их начала.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-27-

2.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ АНАЛОГ-ЫХ УСТРОЙСТВ

2.3.Описание виртуальных измерительных приборов на основе их лицевых панелей

Рис. 2.4. Вид лицевой панели осциллографа и анализатор спектра в режиме «Спектр амплитуд»

Параметрами настройки анализатора спектра являются тип весовой функции (прямоугольная, Гаусса), число полос анализа и номер выводимой полосы анализа, вид шкалы Y – линейная или логарифмическая, и масштаб по оси Y, В/деление. На лицевую панель выводятся значения шага анализа по частоте и число вычисляемых выборок сигнала.

Спомощью кнопки «Фиксация» график фиксируется на экране и отображается совместно с другими ранее зафиксированными графиками (режим наложения графиков). Кнопкой «Очистка» обеспечивается удаление отображаемых графиков. Кнопкой «Отображение» изменяется вид отображения спектров – в виде частотных выборок или огибающей.

Спомощью курсорных измерений находятся значения координат осциллограмм и спектров амплитуд и фаз сигналов в точках пересечения их графиков с курсором.

ИзмерительАЧХ-ФЧХ

Лицевая панель измерителя в режиме измерения АЧХ показана на рис. 2.5. С лицевой панели выбирают выводимую на экран характеристику – АЧХ или ФЧХ, вид шкалы Y (АЧХ ненормированная линейная, АЧХ нормированная линейная, АЧХ ненормированная логарифмическая, АЧХ нормированная логарифмическая, ФЧХ 0–360°, –180°/+180°). По заданному уровню нормированной АЧХ (в линейных единицах) автоматически находятся и выводятся на лицевую панель соответствующие ему значения нижней и верхней граничных частот АЧХ и значения ФЧХ на этих частотах.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-28-

2.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ АНАЛОГ-ЫХ УСТРОЙСТВ

2.3.Описание виртуальных измерительных приборов на основе их лицевых панелей

Рис. 2.5. Вид лицевой панели измерителя АЧХ-ФЧХ

С помощью курсорных измерений находятся значения координат измеренных АЧХ и ФЧХ в точках пересечения их с курсором.

Управление настройкой и запуском (началом измерения) виртуальных измерительных приборов осуществляется с панели конфигурации и управления виртуальных стендов лабораторных работ. С этой же панели обеспечивается конфигурирование АПК путем соединения измерительных приборов с объектными модулями и конфигурирование объектных модулей.

Осциллограммыиспектрытестовыхсигналов

На рис. 2.7, рис. 2.8, рис. 2.9, рис. 2.10, рис. 2.11, рис. 2.12 приведены полученные с помощью измерительных средств АПК УД САЭУ осциллограммы тестовых сигналов (синус, меандр, пила, треугольник, прямоугольный импульс и полигармонический сигнал), формируемых генератором сигналов АПК.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-29-

2.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ АНАЛОГ-ЫХ УСТРОЙСТВ

2.3.Описание виртуальных измерительных приборов на основе их лицевых панелей

Рис. 2.6. Осциллограмма синусоидального сигнала

Рис. 2.7. Спектр синусоидального сигнала

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-30-

2.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ АНАЛОГ-ЫХ УСТРОЙСТВ

2.3.Описание виртуальных измерительных приборов на основе их лицевых панелей

Рис. 2.8. Осциллограмма меандра

Рис. 2.9. Спектр меандра

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-31-

2.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ АНАЛОГ-ЫХ УСТРОЙСТВ

2.3.Описание виртуальных измерительных приборов на основе их лицевых панелей

Рис. 2.10. Осциллограмма пилообразного сигнала

Рис. 2.11. Спектр пилообразного сигнала

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-32-

2.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ АНАЛОГ-ЫХ УСТРОЙСТВ

2.3.Описание виртуальных измерительных приборов на основе их лицевых панелей

Рис. 2.12. Осциллограмма треугольного сигнала

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-33-

3.АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС

СУДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

«СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ»

3.1. КонфигурацияАПК «Схемотехникааналоговыхэлектронныхустройств»

АПК УД САЭУ предназначен для экспериментального исследования аналоговых электронных устройств (АЭУ), изучаемых в дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств».

Состав комплекса определяется его аппаратным и программным обеспечением. В соответствии с его размещением оно разделяется на клиентское и серверное. Клиентская часть включает ПК клиента с установленным клиентским программным обеспечением (ПО). Взаимодействие пользователя с клиентским ПО осуществляется через виртуальные стенды выполняемых лабораторных работ. С их помощью подготавливаются задания на конфигурирование лабораторного макета, задания на измерения, инициируется процесс измерения, обрабатываются и отображаются получаемые результаты.

Аппаратная часть серверного обеспечения АПК УД САЭУ содержит сетевой сервер и измерительный ПК, который сопрягается с автоматизированным лабораторным макетом (АЛМ) через встроенную в ПК плату сбора данных. Разработанный в рамках проекта АЛМ представляет набор исследуемых объектных модулей (ОМ) и средств коммутации, управления и сопряжения (интерфейса). В АПК используется плата сбора данных корпорации National Instruments NI6251М с техническими характеристиками, удовлетворяющими задачам лабораторного исследования.

Программная часть серверного обеспечения включает сетевое и измерительное ПО. С помощью измерительного ПО реализуются алгоритмы измерения параметров и характеристик исследуемых объектов, соответствующие выбранным способам их измерения. Пользователь должен быть ознакомлен с этими способами для правильной интерпретации получаемых результатов измерения.

Взаимодействие измерительного ПК с платой сбора данных осуществляется с помощью программных драйверов используемой платы. Связь между серверной и клиентской частями АПК поддерживается с помощью распределенного сетевого ПО.

Программное обеспечение АПК УД САЭУ разработано в среде графического программирования LabVIEW.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-34-

3.АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

3.2.АвтоматизированныйлабораторныймакетАПКУДСАЭУ

СоставиисследовательскиевозможностиобъектныхмодулейАЛМ

Автоматизированный лабораторный макет (АЛМ) по схемотехнике аналоговых электронных устройств состоит из четырех объектных модулей. Они соответствуют аналоговым электронным устройствам, которые исследуются с их помощью:

модуль 1 – предварительный усилитель низкой частоты; модуль 2 – реостатныйусилительный каскад на биполярномтранзисторе; модуль 3 – усилитель мощности УМ;

модуль 4 – функциональные устройства на основе операционного усилителя.

ОМ разработаны в соответствии с заданными техническими характеристиками и задачами исследования, определенными в процессе проектирования. Исследование параметров и характеристик ОМ осуществляется в диапазоне частот 10 Гц – 50 кГц и динамическом диапазоне сигналов 5 мВ – 5 В.

В разработанных ОМ предусмотрены возможности исследования: режимов работы по постоянному току; усилительных свойств; динамических и переходных характеристик; нелинейных искажений; частотных свойств;

входных и выходных сопротивлений; функциональных преобразований сигналов;

зависимости параметров и характеристик от варьируемых параметров их элементов и режимов работы.

ОМ обеспечивают постановку следующих лабораторных работ:

1.Исследование параметров и характеристик усилительных устройств

иметодов их измерения (ОМ1).

2.Исследование влияния обратных связей на параметры и характеристики усилительных устройств (ОМ1).

3.Исследование реостатного усилительного каскада на биполярном транзисторе (ОМ2).

4.Исследование реостатного усилительного каскада с частотной коррекцией (ОМ2).

5.Исследование усилителя мощности (ОМ3).

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-35-

3.АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

3.2.Автоматизированный лабораторный макет АПК УД САЭУ

6.Исследование функциональных преобразований сигналов на основе операционных усилителей (ОМ4).

Функциональныесхемыобъектныхмодулей

Объектный модуль «Резистивный усилительный каскад»

Функциональная схема объектного модуля «Резистивный усилительный каскад» приведена на рис. 3.1.

Каскад содержит биполярный транзистор и наборы коммутируемых с помощью ключей резисторов и конденсаторов, обеспечивающих большое число индивидуальных вариантов исходных данных к лабораторным работам. К ним относятся сопротивления коллекторной нагрузки Rк (R8–R15), сопротивления стабилизации режима в цепи эмиттера Rэ (R17–R24), сопротивления внешней нагрузки Rн (R29–R32), конденсаторы С12–С15 (емкости нагрузки Сн), входные и выходные разделительные конденсаторы Ср1 (С12–

С15) и Ср2 (С8–С11).

Рис. 3.1. Функциональная схема объектного модуля «Резистивный усилительный каскад»

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-36-

3.АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

3.2.Автоматизированный лабораторный макет АПК УД САЭУ

Спомощью делителя напряжения R4–R7, R16 в цепи базы и внешнего управляемого источника ЭДС Е2 задается режим работы транзистора по постоянному току.

Резисторы R1–R3 предназначены для измерения входного сопротивления каскада. Конденсатор С3 блокирует сопротивления R17–R23 по переменному току.

При замкнутых ключах К12 и К35 совокупность вышеперечисленных элементов образует схему типового усилительного каскада на биполярном транзисторе без частотной коррекции, который исследуется в лабораторной работе № 3.

Входной сигнала на ОМ подается через ключи К1–К4 от источника сигнала Е1. Входы 1 и 2 каскада подключаются к выходам каналов аналогового вывода АО0, АО1 платы сбора данных (ПСД). Исследуемые сигналы снимаются с контрольных точек 1–8, подключаемых к аналоговым входам ПСД АI0–АI7. Управление ключами осуществляется через модуль интерфейса, подключенный к шине цифрового ввода-вывода ПСД DIO. При исследовании каскада с индуктивной ВЧ-коррекцией (лабораторная работа № 4) дополнительно подключаются индуктивности L1–L3. При исследовании каскада с эмиттерной ВЧ-коррекцией дополнительно подключаются элементы обратной связи по переменному току – резисторы Rос (R25–R28) и конденсато-

ры Сос (С4–С7).

При исследовании каскада с общим эмиттером выходной сигнал снимается через замкнутый ключ К21. Выходной сигнал можно снимать также с эмиттера транзистора через замкнутый ключ К22 (К21 – разомкнут). Это соответствует схеме каскада с общим коллектором (эмиттерному повторителю). При этом выход коллектора по переменному току должен быть заблокирован на землю через конденсатор С2 путем замыкания ключа К40.

Разработан также модифицированный вариант схемы реостатного каскада, в котором индуктивная ВЧ-коррекция заменена на емкостную НЧкоррекцию. Его функциональная схема приведена на лицевой панели виртуального лабораторного стенда.

Объектный модуль «Усилитель низкой частоты с обратными связями»

Функциональная схема объектного модуля «Усилитель низкой частоты с обратными связями» (ПУНЧ-ОС) приведена на рис. 3.2. Он выполнен на основе ОУ, охваченного обратными связями. Усилитель имеет инвертирующий и неинвертирующий входы, выбираемые с помощью ключей К1, К2. На входах усилителя с помощью ключей К3–К8 подключены измерительные резисторы Rизм, используемые при измерении входного сопротивления усили-

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-37-

3.АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

3.2.Автоматизированный лабораторный макет АПК УД САЭУ

теля, а также сопротивления R5, R51, имитирующие внутренне сопротивление источника сигнала Rг. Путем подключения резисторов R4, R41 и конденсаторов C1, С11 с помощью ключей К9, К10 могут быть изменены входное сопротивление и входная емкость усилителя.

Резистор R11 ограничивает максимальный выходной ток ОУ и влияет на его выходное сопротивление. Резисторы R12, R13 являются сопротивлениями нагрузки и обратной связи (ОС). Сигнал с выхода ОУ снимается через разделительный конденсатор С5. Конденсатор С6 при размыкании ключа К11 также используется как разделительный.

Цепочка R6, C4 представляет постоянно подключенные элементы местной (внутренней) ОС усилителя, а резисторы R3, R31 – сопротивления внешней ОС, подключаемые с помощью мультиплексора к различным точкам выходной цепи усилителя.

Исследование параметров и характеристик усилительных устройств и методов их измерения (лабораторная работа № 1) проводится при отключенной внешней ОС, а исследование влияния ОС на параметры и характеристики усилителя (лабораторная работа № 2) осуществляется путем изменения вида и глубины внешней ОС.

Рис. 3.2. Функциональная схема объектного модуля «Предварительный усилитель низкой частоты с обратными связями»

Для усилителя с неинвертирующим входом внешняя ОС является последовательной, для усилителя с инверитрующим входом – параллельной.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-38-

3.АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

3.2.Автоматизированный лабораторный макет АПК УД САЭУ

При подключении мультиплексора к контрольным точкам 5, 7, 8 образуется ОС по напряжению, а при подключении к резистору R13 – ОС по току. При этом нагрузкой усилителя является сопротивление R12. Путем изменения значения сопротивления R12 измеряется выходное сопротивление усилителя.

В качестве резисторов R3, R12 используются резисторные матрицы с большим числом элементов, обеспечивающие большое число индивидуальных вариантов выполнения лабораторных работ.

Разработан также модифицированный вариант ПУНЧ-ОС с теми же функциональными возможностями, но меньшим диапазоном изменения сопротивлений нагрузки и обратной связи.

Объектный модуль «Усилитель мощности»

Функциональная схема объектного модуля «Усилитель мощности» (УМ) приведена на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Функциональная схема объектного модуля «Усилитель мощности»

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-39-

3.АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

3.2.Автоматизированный лабораторный макет АПК УД САЭУ

Рис. 3.4. Функциональная схема объектного модуля «Устройства функционального преобразования сигналов на основе операционного усилителя»

Усилитель содержит предоконечный каскад на комплементарных транзисторах VT1–VT4 и оконечный каскад на составных комплементарных транзисторах VT7–VT10. Диоды VD2–VD5 и транзисторы VT5, VT6 предназначены для температурной компенсации режима работы оконечного каскада. Диод VD1 выполняет защитные функции. Резисторы R13–R19 являются сопротивлениями нагрузки УМ. С помощью резисторов R11, R12 ограничивается выходной ток усилителя, а резисторы R20, R21 используются для измерения тока.

Особенностью разработанной схемы УМ является возможность плавного изменения режима работы оконечного каскада по постоянному току путем изменения напряжения Е2, подаваемого на вход смещения усилителя через резистор R1. Это позволяет исследовать работу УМ в различных режимах

– А, АВ, В, ВС.

Усиливаемый сигнал подается на вход Е1 через входной ОУ. Усилитель может быть охвачен общей 100%-ной обратной связью путем подачи на инвертирующий вход ОУ выходного сигнала УМ.

Индивидуальные варианты для исследования УМ могут быть заданы исходными значениями тока покоя выходного каскада, изменение которого возможно в широком диапазоне и с малым дискретом.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-40-

3.АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

3.2.Автоматизированный лабораторный макет АПК УД САЭУ

Объектный модуль «Устройства функционального преобразования сигналов на основе операционного усилителя»

Функциональная схема объектного модуля «Устройства функционального преобразования сигналов на основе операционного усилителя» (УФПСОУ) приведена на рис. 3.4.

Схема представляет собой ОУ с подключенными к его выходу и входам резисторами и конденсаторами с изменяемыми значениями сопротивления и емкости. Сигналы на вход ОУ поступают от одного или обоих источников Е1, Е2 через резисторы R2, R3.

Путем соответствующего конфигурирования схемы может быть собрано достаточно много различных устройств функционального преобразования аналоговых сигналов, в том числе:

инвертирующий и неинвертирующий усилители; дифферециатор и интегратор; усилитель-ограничитель и компаратор; логарифмический усилитель; активные фильтры нижних и верхних частот.

3.3.Виртуальныестендыдлялабораторныхисследований характеристикипараметрованалоговыхсигналов

Общее описание виртуальных стендов лабораторных работ Для исследования характеристик аналоговых электронных устройств,

входящих в состав ОМ, используется комплекс виртуальных стендов, разработанных в графической среде LabView.

Виртуальные стенды представляют собой развернутые изображения лицевых панелей измерительных приборов, функциональных схем исследуемых устройств (лабораторного макета), панели управления стенда и панели конфигурации стенда. Через виртуальные стенды осуществляется взаимодействие пользователя с АПК УД САЭУ при выполнении конкретных лабораторных работ.

Вызов виртуального стенда лабораторной работы выполняется с титульного экрана АПК УД САЭУ, представленного на рис. 3.5.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-41-

3.АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

3.3.Виртуальные стенды для лабораторных исследований характеристик и параметров аналоговых сигналов

Рис. 3.5. Вид титульного экрана АПК УД САЭУ

Развернутые изображения лицевых панелей измерительных приборов являются общими для виртуальных стендов всех лабораторных работ.

Функциональная схема исследуемого устройства (лабораторного макета) с элементами коммутации размещается на панели конфигурации стенда. На ней символически изображаются также используемые измерительные приборы и элементы их подключения к лабораторному макету, задающие конфигурацию стенда. Панели конфигурации и управления виртуальных стендов конкретных лабораторных работ отличаются только приводимой функциональной схемой исследуемого устройства (лабораторного макета).

Ниже приводятся описания виртуальных стендов лабораторных работ, выполняемых с помощью объектных модулей «Реостатный усилительный каскад на биполярном транзисторе» и «Предварительный усилитель низкой частоты с обратными связями», на уровне описания их панелей конфигурации и управления.

3.3.1. Виртуальныйлабораторныйстенддля исследования резистивногокаскадаиусилительногокаскадасчастотнойкоррекцией

Вид панелей конфигурации и управления виртуального стенда лабораторной работы «Исследование резистивного каскада с частотной коррекцией» показан на рис. 3.6. На панели конфигурации стенда представлена функ-

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-42-

3.АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

3.3.Виртуальные стенды для лабораторных исследований характеристик и параметров аналоговых сигналов

циональная схема исследуемого каскада с элементами его коммутации и условные изображения измерительных приборов с элементами соединения их с лабораторным макетом и панелью управления стенда в виде разъемов входных и выходных сигналов и сигналов управления, пуска и синхронизации.

Конфигурирование стенда осуществляется с помощью переключателей П1–П5. В исходном состоянии они все разомкнуты. Управление измерениями и конфигурированием стенда и лабораторного макета осуществляется с панели управления (ПУ) стенда. На ПУ размещены разъемные соединения сигналов управления и пуска, а также клавиши управления измерениями, сохранения результатов измерения, записи конфигурации стенда в файл и выхода из лабораторной работы.

В исходном состоянии доступ к клавише «Измерение» заблокирован. Заданная с помощью переключателей П1–П5 конфигурация стенда подтверждается нажатием клавиши «Принять». С ПУ проверяется правильность соединений и при обнаружении их недопустимой конфигурации выводится сообщение об ошибке. Если все соединения выполнены правильно, то становится доступной клавиша «Измерение».

Рис. 3.6. Вид панелей конфигурации и управления виртуального стенда лабораторной работы «Исследование реостатного каскада с частотной коррекцией»

Нажатием клавиши «Измерение» инициируется процесс измерения. При этом по сигналу «Пуск» с ПУ запускается генератор сигналов, а по сигналу синхронизации генератора – осциллограф и измеритель АЧХ и ФЧХ.

Измерения могут быть однократные и многократные.

В случае однократных измерений результаты предыдущего измерения замещаются новыми. При многократных измерениях результаты нового

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-43-

3.АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

3.3.Виртуальные стенды для лабораторных исследований характеристик и параметров аналоговых сигналов

ипредыдущих измерений усредняются (пока не будет снова выбран режим однократных измерений).

На панели конфигурации виртуального стенда представлена модифицированная схема реостатного каскада, отличающаяся от схемы рис. 2.1 от-

сутствием элементов индуктивной ВЧ-коррекции и введением элементов Rф, Сф низкочастотной коррекции. Конфигурирование лабораторного макета осуществляется путем установки необходимых сопротивлений и емкостей резисторов и конденсаторов схемы через выводимые меню их возможных значений. Эти значения могут быть также равны нулю, что означает короткое замыкание для резисторов и отключение для конденсаторов. Отключение резистора обеспечивается установкой его бесконечного сопротивления.

Лабораторные макеты имеют два входа и два выхода. Вход 1 является сигнальным входом макета, в вход 2 – входом смещения. Выходы 1, 2 лабораторного макета соединяются с одной из выбираемых контрольных точек схемы. С выходом 1 может быть соединена любая из контрольных точек Т1– Т8. Этот выход всегда подключается к сигнальному входу осциллографа и/или измерителя АЧХ-ФЧХ. С выходом 2 макета могут быть соединены только контрольные точки Т1, Т2, соответствующие входному сигналу и смещению на входах 1, 2 макета. Этот выход подключается ко входу внешней развертки осциллографа при измерении амплитудных и вольт-амперных характеристик каскада.

3.3.2.Виртуальныйлабораторныйстенддля исследования характеристик

ипараметровусилителянизкойчастотысобратнымисвязями

Панели конфигурации и управления виртуального стенда лабораторной работы «Исследование усилителя низкой частоты с обратными связями» отличаются от вышерассмотренных панелей только приводимой функциональной схемой лабораторного макета.

R2

К2

•

•

R5

Выход1

•

R3

ОУ

•

•

Т2 •

•

•

C2

Т3

•

•

К4

К3

•

•

R4

•

•

• Т3

•

•

C1

•

К5

•

R6

R7

•

К6

R13, R14

К1 •

R1

•

Выход2

•

•

•

• Т1

Т1

R8–R12

R15

Вход 1

Рис. 3.7. Вид функциональной схемы усилителя с обратными связями на панели конфигурации виртуального стенда

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-44-

3.АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

3.3.Виртуальные стенды для лабораторных исследований характеристик и параметров аналоговых сигналов

На панели конфигурации виртуального стенда лабораторной работы функциональная схема усилителя представлена в виде, соответствующем модифицированному варианту объектного модуля «Предварительный усилитель низкой частоты с обратными связями» (рис. 3.7).

Лабораторный макет исследуемого усилителя имеет один вход, подключаемый к источнику сигнала, и два выхода. Выход 1 может быть соединен со всеми контрольными точками схемы, а выход 2 – только с контрольной точкой Т1 входного сигнала.

Ключом К1 замыкается или подключается сопротивление R1, имитирующее внутреннее сопротивление источника сигнала и используемое также для измерения входного сопротивления усилителя. С помощью спаренных ключей К2, К3 выбирается вид входа усилителя – инвертирующий или неинвертирующий. Цепочка R4–C1 относится к элементам местной обратной связи усилителя, глубина которой зависит также от сопротивления резистора R3. Резисторы R6–R12, R15 являются элементами внешних исследуемых цепей обратной связи, глубина которой задается путем выбора резисторов R8–R12, имеющих разные сопротивления. С помощью резисторов R13, R14 варьируется значение сопротивления нагрузки усилителя. Конденсатор С2 является разделительным. Он может быть замкнут с помощью ключа К4, обеспечивая возможность усиления сигналов постоянного тока. Положениями ключей К5, К6 задается вид обратной связи по способу снятия сигнала обратной связи – по напряжению при замкнутом ключе К5 и разомкнутом ключе К6 и по току при замкнутом ключе К6 и разомкнутом ключе К5.

Сопротивление R5 ограничивает выходной ток и предотвращает самовозбуждение усилителя, а также имитирует его конечное выходное сопротивление.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-45-