1

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Свердловской области

«Уральский государственный колледж имени И.И. Ползунова»

УД. ОП.06. ЭЛЕКТРОНИКА И СХЕМОТЕХНИКА

ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ

10.02.05 «Обеспечение информационной безопасности автоматизированных систем»

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Построение и исследование аналоговых электронных схем

в системе виртуального моделирования PROTEUS VSM

Екатеринбург 2023

2

Аннотация

Комплекс лабораторных работ по дисциплине «Электроника и схемотехника»

Комплекс содержит 16 лабораторных работ, в которых описываются методы построения и

исследования электронных схем в системе виртуального моделирования PROTEUS VSM

Комплекс может быть использован при проведении лабораторно-практических занятий по

дисциплине

«Электроника

и

схемотехника»

для

специальности

10.02.05

«Обеспечение

информационной безопасности автоматизированных систем»

3

Содержание

№ Лабораторной работы

Тема лабораторной работы

Страница

Лабораторная работа № 1.

«Исследование последовательных цепей

постоянного тока»

4

Лабораторная работа №2

«Исследование электрических цепей

переменного тока»

8

Лабораторная работа № 3

«Исследование свойств диода»

14

Лабораторная работа №4

«Снятие статических характеристик

биполярного транзистора»

17

Лабораторная работа №5

«Исследование стоковых характеристик

полевого транзистора»

21

Лабораторная работа №6

«Исследование электронных схем на базе

операционных усилителей»

23

Лабораторная работа №7

«Исследование электронных схем

генераторов гармонических колебаний»

27

4

Лабораторная работа № 1

Тема: Исследование последовательных цепей постоянного тока

Цель работы: Исследование Закона Ома и закона Кирхгоффа

Оборудование и программное обеспечение:

1. Персональный компьютер.

2. Программный пакет Proteus 8

3. Измерительные приборы, вольтметры, амперметры,

4. Word 2010.

Задание №1 Исследование закона Ома

1.1

Соберите схему (Рисунок 1)

1.2

Установите значение предохранителя – 5А

1.3

Установите номинал потенциометра 100 ом

1.4

Установите напряжение 220В

1.5

Посмотрите, как меняется показания амперметра с изменением сопротивления

1.6

Определите, при каком значении потенциометра перегорит предохранитель

Самостоятельно :

Собрать цепь постоянного тока, состоящую из источника постоянного напряжения 9

Вольт и трёх последовательно соединенных резисторов R

1

, R

2

, R

3

.

R

1

=1* «№ в журнале» Ом,

R

2

=2,5* «№ в журнале» Ом,

R

3

=3,36* «№ в журнале» Ом.

Подключить необходимое количество вольтметров и амперметров, измерить токи и

напряжения на всех участках цепи U

1из

, U

2из

, U

3из

, U

общ из

, I

1из

, I

2из

, I

3из

, I

общ из

.

Используя законы Ома определить расчетные величины U

1

, U

2

, U

3

, U

общ

, I

1

, I

2

, I

3

,

I

общ

и сравнить с измеренными величинами U

1из

, U

2из

, U

3из

, U

общ из

, I

1из

, I

2из

, I

3из

, I

общ из

и

определить относительную погрешность по формуле:



=

100%

*

n

U

n

U

изм

U



5

Измеренные параметры схемы

№ опыта

Uобщ.

U1

U2

U3

U4

U5

Iобщ.

1

12 V

927.8 mV

1.423 V

2.350 V

3.464 V

3.835 V

618.5 mA

Расчет и определение погрешности.

1. Rобщ. = R1+R2+R3+R4+R5 Rобщ. =1.5+2.3+3.8+5.6+6.2 = 19.40 Ω

2. I общ. = Uобщ./Rобщ. I общ. = 12/19.40 = 0.62 А = 620 mA

3. U1 = Iобщ.* R1 U1 = 0.62 * 1.5 = 0.93 V

4. U2 = Iобщ.* R2 U2 = 0.62 * 2.3 = 1.426 V

5. U3 = Iобщ.* R3 U3 = 0.62 * 3.8 = 2.356 V

6. U4 = Iобщ.* R4 U4 = 0.62 * 5.6 = 3.472 V

7. U5 = Iобщ.* R5 U5 = 0.62 * 6.2 = 3.844 V

Определение относительной погрешности

γ

1.

γ

U1

= (U1

расч

– U1

изм.) *100/

U1

расч.

γ

U1

= (0.93-0.927)*100/0.93=0.32 %

2.

γ

U2

= (U2

расч

– U2

изм.) *100/

U2

расч.

γ

U1

= (1.426-1.423)*100/1.426=0.21 %

3.

γ

U3

= (U3

расч

– U3

изм.) *100/

U3

расч.

γ

U3

= (2.356-2.350)*100/2.356=0.25 %

4.

γ

U4

= (U4

расч

– U4

изм.) *100/

U4

расч.

γ

U1

= (3.472-3.464)*100/3.472=0.23 %

5.

γ

U5

= (U5

расч

– U5

изм.) *100/

U5

расч.

γ

U1

= (3.844-3.835)*100/3.844=0.23 %

6.

γ

I

= (I

расч

– I

изм.) *100/

I

расч.

γ

I

= (0.620-0.6185)*100/0.620=0.24 %

Выводы

Из расчета относительной погрешности видно, что максимальная погрешность измерений не превышает

0.32 % , это говорит о том, что измерения проведены с достаточной точностью.

6

Задание № 2 Исследование закона Кирхгофа

2.1 Для трёхконтурной цепи составьте уравнения по первому и второму закону

Кирхгофа

2.2 Соберите схему в программе Proteus для любых трёх контуров, подключите

амперметры и вольтметры.

Значения ЭДС и резисторов установите произвольно в следующих диапазонах : ЭДС

от12 до 60 вольт, Резисторы от 50 дл 150 ом

Заполните Таблицу 1

Таблица 1 – Расчёт трёхконтурной цепи

Е1

R1

I1

U1

Е2

R2

I2

U2

Е3

R3

I3

U3

Е4

R4

I4

U4

Е5

R5

I5

U5

2. Отчет должен содержать:

7

-

Название практической работы № 1

-

тему практической работы № 1

-

цель практической работы № 1

-

оборудование практической работы № 1

-

номер варианта практической работы № 1

-

принципиальную схему с обозначением элементов и параметров

-

расчетная часть

-

таблица с измеренными и расчетными величинами и погрешность.

8

Лабораторная работа №2

Тема: «Исследование электрических цепей переменного тока»

Цель работы: Научиться проектировать и исследовать цепи переменного тока,

производить электрические измерения использовать законы Ома и Кирхгофа при

определении параметров цепей переменного тока, создавать резонанс в цепях с

индуктивностью, ёмкостью и активным сопротивлением.

Оборудование и программное обеспечение:

1. Персональный компьютер.

2. Программный пакет Proteus 8

3. Измерительные приборы, вольтметры, амперметры, мультиметры, осциллограф.

4. Источник переменного напряжения.

5. Резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности.

6. MicrosoftWord 2010.

Закон Ома для переменного тока

В общем случае полное сопротивление цепи переменного тока состоит из активного ,

индуктивного, и емкостного сопротивлений.

Ток в цепи переменного тока зависит не только от активного омического сопротивления,

но и от величины емкости (C [Ф]) и индуктивности (L [Гн]).

Полное сопротивление цепи переменного тока с последовательным соединением можно

вычислить по формуле:

Где

Х

L

= ω*L = 2*π*f*L

Х

L

-

индуктивное

сопротивление,

оказываемое

переменному

току,

обусловленное

индуктивностью электрической цепи, создается катушкой.

f - частота переменного тока (Гц)

ω– циклическая (угловая) частота переменного тока (Рад/сек) ω=2*π*f

Х

C

= 1/ω*L = 1/(2*π*f*C)

Х

C

- емкостное сопротивление, создается конденсатором.

Полное

сопротивление

цепи

переменного

тока

можно

изобразить

графически

как

гипотенузу

прямоугольного треугольника, у которого катетами являются активное и индуктивное сопротивления.

9

Рисунок 1 - Треугольник сопротивлений

Формула закона Ома для переменного тока:

– амплитудное значение силы тока.

Рисунок 2- Последовательная электрическая цепь из R, L, C элементов.

Из опыта можно определить, что в такой цепи колебания тока и напряжения не совпадают по фазе, а

разность фаз между этими величинами зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора:

Цепь переменного тока, состоящая из генератора и последовательно

соединенных катушки индуктивности и конденсатора, при определенных

условиях

X

L

= Х

С

превращается в колебательную систему.

Такая цепь получила название колебательного контура.

Из равенства X

L

= Х

С

можно определить значения частоты генератора, при которой наступает

явление резонанса напряжений:

Значение емкости и индуктивности цепи, при которых наступает резонанс напряжений:

Таким образом, изменяя любую из этих трех величин (fрез, L и С), можно вызвать в цепи резонанс

напряжений, т. е. превратить цепь в колебательный контур.

10

Задание на исследование № 1

1.

Составить схему, состоящую из параллельно соединенных резистора

R1 = N KΩ ,емкости C1 = N мкФ, катушки индуктивности L1 = N H и источника переменного

напряжения 220 V. 50 Hz

где N-номер варианта по журналу.

2.

Правильно присоединить амперметр и вольтметр и измерить напряжение и ток на резисторе R1,

емкости С1 , индуктивности L1

3.

Используя закон Ома рассчитать активное, индуктивное, емкостное и полное сопротивление,

активное индуктивное, емкостное и полное напряжение

4.

Определить относительную погрешность измерений.

5.

Изменяя частотуисточника напряжения добиться резонанса напряжения, провести замеры и

сделать выводы по резонансу.

6.

Изменяя параметры индуктивности добиться резонанса напряжения, провести замеры и сделать

выводы по резонансу.

7.

Изменяя параметры емкости добиться резонанса напряжения, провести замеры и сделать выводы

по резонансу.

Принципиальная схема спроектированной установки для варианта № 1

Измеренные величины

Расчетные величины

№ пп

Ur

U

L

U

C

Uобщ

R1

X

L

X

C

Z

1

Формулы необходимые для расчета

X

L1

= 2* 3.14 * f *L

1

X

C

= 1/ (2 * 3.14 * f * C

1

)

Z =

√

R

2

+ (X

L

– X

C

)

2

Iобщ = Uобщ/ Z

U

R

= R1 * Iобщ

U

C

= X

C1

* Iобщ

U

L

= X

L1

* Iобщ

Определение относительной погрешности

γ

11

1.

γ

Uа

= (Uа

расч

– Uа

изм.) *100/

Ua

расч.

2.

γ

Uс

= (Uc

расч

– Uc

изм.) *100/

Uc

расч.

3.

γ

UL

= (U

L

расч

– U3

изм.) *100/

U

L

расч.

Эксперимент № 1

Изменяя частоту переменного напряжения добиться резонанса напряжений.

U

C1

= U

L1

= U

R1

= U

общ

Записать резонансную частоту f

рез

и рассчитать её по формуле.

f

рез

= 1/(2*π*√L*C) = 1/2* 3.14*√1*1*10

-6

= 1000/6.28 = 159,23 Гц

Х

C

= 1/ω*C = 1/(2*π*f*C)

Сделать выводы по резонансу.

Схему при резонансе привести в отчёте.

Эксперимент № 2

Изменяя индуктивность L1 катушки индуктивности добиться резонанса напряжений.

U

C1

= U

L1

Схема при резонансе напряжений для варианта №1

12

Записать индуктивность при резонансеL

рез

и рассчитать её по формуле.

Расчётные данные

L

рез

= 1/((2*

π*f)

2

*C) = 1/314

2

*1*10

-6

= 1000000/98596 = 10,14 Гн

Измеренные данные

L1

рез

= 9.815 Гн (H) С

рез

= 1*10

-6

ф (F)

Сделать выводы по резонансу.

Схему при резонансе привести в отчёте.

13

Эксперимент № 3

Изменяя емкость конденсатора С1 добиться резонанса напряжений.

U

C1

= U

L1

Записать резонансную ёмкость и f

рез

и рассчитать её по формуле.

С

рез

= 1/((2*

π*f)

2

*L) = 1/314

2

*1= 1/98596 = 1,014*10

-5

ф (F)

Измеренные данные

L1

рез

= 1 Гн (H) С

рез

= 9.873*10

-6

ф (F)

Сделать выводы по резонансу.

Схему при резонансе привести в отчёте.

14

Лабораторная работа № 3

Тема: «Исследование свойств диода»

Цель работы: Снятие и анализ вольтамперных характеристик германиевого и

кремниевого диодов. Определение их параметров по характеристикам.

Оборудование и программное обеспечение:

1. Персональный компьютер.

2. Программный пакет Proteus 8

3. Измерительные приборы, вольтметры, амперметры, мультиметры, осциллограф.

4.При создании принципиальной схемы использовать источник переменного

тока : частота 5 Hz, амплитуда 5 V

5. Word 2010.

Ход работы

1 Однополупериодный выпрямитель

Соберите схему по исследованию свойств полупроводникового диода в цепи

переменного тока : для исследования диода используйте инструмент DIODE

Источник переменного тока – ALTERNATOR

Рисунок 1 - Исследование свойств полупроводникового диода в цепи переменного тока

(прямое включение)

Как

известно,

диоды

используются

чаще

всего

как

выпрямители,

то

есть

преобразователи переменного напряжения (тока) в постоянное. В качестве нагрузки мы

включим сопротивление величиной 100 Ом. Включив питание схемы, мы видим, что

осциллограф

отображает

только

положительные

полуволны

входного

сигнала.

Это

говорит о том, что диод, при таком включении пропускает ток только в положительном

направлении.

Если

диод

перевернуть,

то

будут

отображаться

только

отрицательные

полуволны сигнала.

15

Рисунок 2 - Исследование свойств полупроводникового диода в цепи переменного тока

(обратное включение)

Мы видим, что сигнал имеет форму не постоянного тока (постоянный ток - прямая

линия), а пульсирующего тока. Для того чтобы получить постоянный ток после диода

следует включить фильтр из катушки индуктивности и конденсатора (LC - фильтр), так

как показано на рисунке:

Рисунок 3 – Исследование выпрямительных свойств полупроводникового диода

При индуктивности катушки 500 мГн (mH) и ёмкости конденсатора 5000 мФ (mF)

форма

сигнала

близка

к

прямой,

то

есть

к

постоянному

току.

Выпрямительные

(правильнее

-

сглаживающие)

свойства

LC

фильтра

зависят

от

частоты

сигнала,

индуктивности

катушки

и

ёмкости

конденсатора,

причём,

чем

выше

любой

из

параметров,

тем

лучше

сглаживание.

Следует

обратить

внимание,

что

при

входном

переменном

напряжении

10

вольт,

постоянное

напряжение

равно

5

вольт

(одно

деление

по

оси

Y).

Для

получения

постоянного

напряжения

часто

используют

более

эффективные

выпрямители на диодах, включенных по так называемой мостовой схеме.

2 Мостовой выпрямитель

Для построения мостового выпрямителя требуется 4 диода. Для этого используйте

инструмент BRIDGE

Мы видим, что положительные полуволны сигнала расположены вплотную друг к другу.

Если

использовать

сглаживающий

LC

фильтр

с

теми

же

параметрами,

что

и

в

предыдущем эксперименте, то сглаживание будет намного лучше - сигнал на нагрузке

практически прямая линия:

16

Лабораторная работа №4

Тема : «Снятие статических характеристик биполярного транзистора»

Цель работы: Снятие и анализ вольтамперных характеристик биполярного транзистора, включенного

по схеме с общим эмиттером.

Оборудование и программное обеспечение:

1. Персональный компьютер.

2. Программный пакет PROTEUS 8

3. Измерительные приборы, вольтметры, амперметры,

4. Источник постоянного стабилизированного напряжения

5. Word 2010.

Вопросы для самоподготовки

1.

Что такое биполярный транзистор?

2.

Где используются транзисторы ?

3.

Чем транзистор отличается от диода ?

4.

Из каких материалов изготавливаются транзисторы?

5.

Сколько PN-переходов содержит биполярный транзистор?

6.

Чем отличаются транзисторы различных типов?

7.

Нарисуйте условные графические обозначения транзисторов различных типов.

8.

Достоинства и недостатки биполярных транзисторов

9.

Как называются выводы биполярного транзистора ?

10.

Принцип действия биполярного транзистора

11.

Что такое коэффициент усиления ?

12.

Характеристики биполярных транзисторов

13.

Параметры биполярных транзисторов

14.

Опишите

схему с

общим

эмиттером,

её

входные

и выходные

параметры,

коэффициент

усиления

15.

Опишите схему с общим коллектором, её входные и выходные параметры, коэффициент

усиления

16.

Опишите схему с общей базой, её входные и выходные параметры, коэффициент усиления

17.

Какие. приборы необходимы для снятия характеристик транзистора?

17

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.

Соберите схему для снятия входных вольтамперных

характеристик биполярного транзистора

Снимите входные характеристики транзистора

I б =f (U бэ), U кэ=const.

Исследования производить следующим образом:



Напряжение источника питания коллектор -эмиттер установить 0 В



Величину тока базы изменять путем изменения номинального значения подстроечного резистора

(от 0% до 100% с шагом в 20%)



При каждом шаге снимать показания вольтметра эмиттер-база и амперметра.



Этими значеними заполонить строки 1 и 2 Таблицы 1 соответственно



Установить напряжение источника питания коллектор-эмиттер, равным 5 В.



Повторить те же действия, заполняя третью строку Таблицы 1.



Построить график входных характеристик

Таблица 1- Исследование входных характеристик транзистора

Uкэ = 0 V

U

бэ

, V

Iб

1

мкА

Uкэ = 5 V

U

бэ

, V

Iб

2

мкА

Построить график входных ВАХ транзистора

18

2.

Соберите схему для снятия выходных вольтамперных

характеристик биполярного транзистора

Снимите выходные характеристики транзистора

I к =f (U кэ), І б=const

Токоограничивающий резистор R1 выбирается по вариантам из Таблицы 3

В цепь базы транзистора вводят токостабилизирующий резистор величиной от 1 кОм до 100

кОм. Меняя напряжение базового источника В1 задают последовательно величину тока базы

равную 0,1 мА; 0,5 мА и 1 мА.

При каждом фиксированном токе базы снимают зависимость тока коллектора от напряжения

коллектор-эмиттер. Рекомендуемый шаг изменения напряжения коллектор-эмиттер 0,2 V,

при напряжении менее 1V до напряжения 10 В. Полученные данные заносятся в таблицу по

которой строится семейство выходных ВАХ транзистора, по которой необходимо

определить динамический и статический коэффициенты усиления транзистора по току

Таблица 2 -Результаты измерения параметров

Iб = 0,1 Ма R1= (по таблице №3)

В2, V

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

I

K

, мА

Ki

Э

=I

к

/I

Б

Iб = 0,5 Ма R1= (по таблице №3)

В2, V

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

I

K

, мА

Ki

Э

=I

к

/I

Б

Iб = 1 Ма R1= (по таблице №3)

В2, V

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

I

K

, мА

Ki

Э

=I

к

/I

Б

Таблица 3 - Данные для выполнения лабораторной работы

№ вар.

Резистор,

кОм

№ вар.

Резистор,

кОм

№ вар.

Резистор,

кОм

1

1

11

11

21

21

2

2

12

12

22

22

19

3

3

13

13

23

23

4

4

14

14

24

24

5

5

15

15

25

25

6

6

16

16

26

26

7

7

17

17

27

27

8

8

18

18

28

28

9

9

19

19

29

29

10

10

20

20

30

30

Все полученные данные занести в отчет.

По полученным данным построить: зависимость I

К

от U

КЭ

транзистора при постоянном токе

I

Б

= 0,1; 0,5; 1,0 мА.

20

Лабораторная работа №5

Тема : «Исследование стоковых характеристик полевого транзистора»

Цель работы: Снятие и анализ стоковых характеристик полевого транзистора.

Оборудование и программное обеспечение:

1. Персональный компьютер.

2. Программный пакет PROTEUS 8

3. Измерительные приборы, вольтметры, амперметры

4. При создании принципиальной схемы использовать источник постоянного стабилизированного

напряжения 5 V,

5. Word 2010.

Контрольные вопросы

18.

Что такое полевой транзистор и чем он отличается от биполярного?

19.

Какие два вида полевых транзисторов существуют ?

20.

Что такое канал полевого транзистора ?

21.

Как называются контакты полевого транзистора ?

22.

Перечислите параметры полевых транзисторов

23.

Опишите принцип работы полевого транзистора с управляющим p-n переходом

24.

Что

показывают

статические

характеристики

полевого

транзистора

с

управляющим

p-n

переходом ?

25.

Как расшифровывается МОП ?

26.

Как расшифровывается МДП ?

27.

Как расшифровывается MOSFET ?

28.

Опишите принцип работы МДП транзистора

29.

Чем отличается принцип работы МДП транзистора с каналом n типа от канала p типа ?

30.

Перечислите элементы МДП транзистора со встроенным каналом (скриншот не вставлять !)

31.

В чём преимущество полевых транзисторов по сравнению с биполярными ?

32.

Сто такое IGBT-транзистор ?

21

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРПТОРНОЙ РАБОТЫ

1.Соберите схему для снятия семейства стоковых характеристик полевого транзистора (подпишите

схему и поставьте свою фамилию )

2. Снимите стоковые характеристики транзистора.

Порядок снятия показаний приборов :

1.

Установите значение U

SI

=1 V

2.

С помощью потенциометра изменяйте напряжение U

z

(V) от 0 до 5

3.

Показания амперметра вольтметра занесите в таблицу 1

4.

Повторите эти действия для U

SI

=2 V и U

SI

=3V

Таблица 1 – Параметры стоковых характеристик

По данным таблицы постройте семейство стоковых характеристик транзистора в одном графике

U

SI

(V)

1

2

3

U

z

(V)

I

1

мА

I

2

мА

I

3

мА

I

4

мА

I

5

мА

22

Лабораторная работа №6

Тема: «Исследование электронных схем на базе операционных усилителей»

Цель работы: Изучение принципа действия дифференциального усилительного каскада.

Оборудование и программное обеспечение:

1. Персональный компьютер.

2. Программный пакет Proteus 8

3. Измерительные приборы, вольтметры, амперметры, осциллограф.

4.При создании принципиальной схемы использовать источник переменного напряжения

5. Word 2010.

Вопросы для самоподготовки

1.

Что такое операционные усилители? Каково их назначение?

2.

Почему эти усилители называют операционными?

3.

Как называются и для чего предназначены входы ОУ?

4.

Назовите основные параметры ОУ.

5.

Нарисуйте условное графическое обозначение ОУ. Запишите названия его выводов.

6.

Нарисуйте структурную схему ОУ. Расскажите о назначении компонентов схемы.

7.

Нарисуйте схему инвертирующего усилителя на ОУ. Чем определяется коэффициент

усиления такого усилителя, по какой формуле его можно рассчитать.

8.

Нарисуйте схему неинвертирующего усилителя на ОУ.

9.

Чем определяется коэффициент усиления такого усилителя, по какой формуле его можно

рассчитать.

10.

Что такое компаратор. Расскажите о его назначении.

11.

Нарисуйте схему компаратора на ОУ. Пояснить принцип его работы.

23

ЗАДАНИЕ №1

Исследовать работу инвертирующего операционного усилителя

Порядок выполнения работы

1.

Собрать схему инвертирующего усилителя на ОУ, изображенную на рисунке 1.

2.

Установить параметры источника переменного напряжения :

3.

Установить значение сопротивления резистора R1=1MОм.

4.

Установить значение сопротивления резистора R2=1KОм.

5.

Рассчитать значение сопротивления резистора R3 для коэффициента усиления КU = [Ваш номер

по журналу] x 5.(например , Номер 10, значит КU=10*5=50)

6.

Установить значение сопротивления резистора R3 в соответствии с расчётным

7.

Подключить Осциллоскоп.

8.

Включить схему.

9.

Развернуть и настроить осциллограф, изменяя чувствительность и длительность развертки.

10.

Записать

значения

амплитуд

с

помощью

инструмента

CURSORS

на

панели

TRIGGER.

Заполнить

Таблицу

1

Таблица 1 – расчёт инвертирующего ОУ

№ в журнале

КU(расчётный)

R3

U1(mV)

U2(mV)

КU(реальный)

11.

Вставьте в отчёт скриншот своей схемы так, чтобы было видно показания амплитуды входного и

выходного сигналов !

ЗАДАНИЕ №2

Исследовать работу неинвертирующего операционного усилителя

Порядок выполнения работы

24

1.

Собрать схему неинвертирующего усилителя на ОУ, изображенную на рисунке2.

2.

Установить параметры источника переменного напряжения :

3.

Установить значение сопротивления резистора R1=1MОм.

4.

Установить значение сопротивления резистора R2=2KОм.

5.

Рассчитать значение сопротивления резистора R3 для коэффициента усиления КU = [Ваш номер

по журналу] x 5.(например , Номер 10, значит КU=10*5=50)

6.

Установить значение сопротивления резистора R3 в соответствии с расчётным

7.

Подключить Осциллоскоп.

8.

Включить схему.

9.

Развернуть и настроить осциллограф, изменяя чувствительность и длительность развертки.

Записать значения амплитуд с помощью инструмента CURSORS на панели TRIGGER .

Заполнить таблицу 2

Таблица 2 – расчёт неинвертирующего ОУ

№ в журнале

КU(расчётный)

R3

U1(mV)

U2(mV)

КU(реальный)

Вставьте в отчёт скриншот своей схемы так, чтобы было видно показания амплитуды входного и

выходного сигналов !

25

ЗАДАНИЕ №3

Исследовать работу компаратора на ОУ

Порядок выполнения работы

1.

Собрать схему компаратора на ОУ, изображенную на рисунке 3

2.

Установить значения опорного напряжения, в соответствии с рисунком

3.

Установить значение входного напряжения

4.

Включить схему.

5.

Развернуть и настроить осциллограф, изменяя чувствительность и длительность развертки.

6.

Обязательно подписать название схемы и автора сборки схемы

7.

Заменить рисунок на скриншот своей схемы

26

Лабораторная работа №7

Тема: «Исследование электронных схем генераторов гармонических колебаний»

Цель работы: Изучение принципа работы генераторов гармонических колебаний

Оборудование и программное обеспечение:

1. Персональный компьютер.

2. Программный пакет Proteus 8

3. Измерительные приборы, вольтметры, амперметры, осциллограф.

4.При создании принципиальной схемы использовать источник переменного напряжения

5. Word 2010.

!

Теоретическая часть

Генератор электрических колебаний, - это нелинейное устройство, преобразующее

энергию

источника

постоянного

тока

в

энергию

колебаний.

Генераторы

широко

используются

в

электронике:

в

радиоприемниках

и

телевизорах,

в

системах

связи,

компьютерах, промышленных системах управления и устройствах точного измерения

времени.

Генератор - это электрическая цепь, которая генерирует периодический сигнал переменного тока.

Частота сигнала может изменяться от нескольких герц до многих миллионов герц. Выходное напря-

жение генератора может быть синусоидальным, прямоугольным или пилообразным в зависимости от

типа генератора.

Когда колебательный контур возбуждается внешним источником постоянного тока, в нем возни-

кают колебания. Эти колебания являются затухающими, поскольку активное сопротивление колеба-

тельного контура поглощает энергию тока. Для поддержания колебаний в колебательном контуре по-

глощенную энергию необходимо восполнить. Это осуществляется с помощью положительной обратной

связи. Положительная обратная связь - это подача в колебательный контур части выходного сигнала для

поддержки колебаний. Сигнал обратной связи должен совпадать по фазе с сигналом в колебательном

контуре.

27

Рисунок 1 – Генератор электрических колебаний Выходное напряжение генератор

На рисунке 1 изображена блок-схема генератора. Генератор можно разбить на три части.

Частотозадающей цепью генератора обычно является LC колебательный контур. Усилитель

увеличивает амплитуду выходного сигнала колебательного контура. Цепь обратной связи подает

необходимое количество энергии в колебательный контур для поддержки колебаний. Таким образом,

генератор - это схема с обратной связью, которая использует постоянный ток для получения колебаний

переменного тока

Контрольные вопросы

1.

Что такое Генератор электрических колебаний ?

2.

Каким может быть выходное напряжение генератора?

3.

Как поддерживаются колебания в колебательном контуре ?

4.

Нарисуйте блок – схему генератора

5.

Опишите назначение элементов сземы генератора

28

Задание № 1

Исследовать генератор гармонических колебаний на операционном усилителе с резисторной

обратной связью

Задание выполняется по вариантам. В соответствии с номером в журнае изменяется параметр

сопротивления R3 : N + 60 (ОМ)

Порядок выполнения задания

1.

Соберите схему для исследования генератора (Рисунок 3)

2.

Измените RV1 (4 замера) от 0 до максимума (100ком)

3.

Измерьте амплитуду, период, скважность.

4.

Показания замеров занесите в таблицу

5.

Показания замеров должны быть видны на осциллографе

Таблица 1 – Измерение параметров генератора с резисторной ОС

R3=

Амплитуда

Период

Длительность

импульса

Скважность

RV1

29

Задание №2

Исследовать генератор гармонических колебаний на операционном усилителе с диодной

обратной связью/В этом задании исследем генератор при изменении частоты (RV1) и скважности

(RV2).

Задание выполняется по вариантам. В соответствии с номером в журнае изменяется параметр

сопротивления R3 : N + 60 (ОМ)

Порядок выполнения задания

1.

Соберите схему для исследования генератора (Рисунок 4)

2.

RV2 установите на середину (5ком)

3.

Задаем RV1 4 замера от 0 до максимума (100ком). Измеряем амплитуду, период, скважность.

4.

Заполнить таблицу №2

5.

RV1 установить на середину (50ком)

6.

Задаем RV2 4 замера от 0 до максимума (10ком). Измеряем амплитуду, период, скважность.

7.

Заполнить таблицу № 3

8.

Показания замеров должны быть видны на осциллографе

Таблица 2 – Измерение параметров генератора с диодной ОС

RV2 =5ком , R3=

Амплитуда

Период

Длительность

импульса

Скважность

RV1

Таблица 3 – Измерение параметров генератора с диодной ОС

RV1 =50ком , R3=

Амплитуда

Период

Длительность

импульса

Скважность

RV2

30

Задание №3

Исследовать компаратор на операционном усилителе

Порядок выполнения задания

1.

Соберите схему для исследования компаратора (Рисунок 5)

2.

3.

Резисторами RV1 и RV2 на ножке 2 найти порог, когда начнет мигать светодиод.

4.

По вольтметру определите напряжение порога срабатывания компаратора.

5.

Заполните таблицу 4

6.

Всавьте скриншот с показаниями мигающего светодиода

7.

Показания замеров должны быть видны на приборах

Таблица 4 – Измерение параметров компаратора

RV1

RV2

V1 (AC)

V2 (DC)

31