Электронных цепей

ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания

к лабораторным работам

Санкт-Петербург

Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

УДК 621.396

Электроника: Методические указания к лабораторным работам / сост.: В. А. Виноградов, А. А. Погодин. СПб.: Изд-во «ЛЭТИ», 2012. 68 с.

Содержат описания лабораторных работ, предназначенных для закрепления теоретических сведений, полученных при изучении аналоговых схем на операционных усилителях и транзисторах.

Предназначены для подготовки бакалавров по направлениям 140400 «Электроэнергетика и электротехника» и 220400 «Управление в технических системах», изучающих курс «Электроника».

Утверждено

редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний

© СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ЭЛЕКТРОННЫХ ЦЕПЕЙ

В процессе выполнения лабораторных работ по дисциплине «Электроника» студенты измеряют основные параметры и характеристики электрон-ных цепей (схем). Несмотря на существенные различия в построении и назначении схем, наборы измеряемых параметров для этих цепей отличаются незначительно. В данном разделе приведены методики измерения тех параметров и характеристик, которые необходимо измерять при выполнении нескольких лабораторных работ.

1. Амплитудная характеристика (АХ) – зависимость напряжения на выходе (U _выx) схемы от напряжения на ее входе (U _вx). АХ измеряют на одной частоте, поэтому на вход цепи подают гармонический сигнал (частотой f), как правило, лежащей в полосе пропускания (усиления) схемы. Методику измерения АХ поясняет рис. М-1: источником сигнала является генератор (Г); поскольку часто генератор не содержит измерительного прибора, позволяющего точно контролировать уровень напряжения на его выходных клеммах, то к этим клеммам подключают вольтметр В₁.

Рис. М-1

С точки зрения исследуемой схемы выходное напряжение генератора, измеряемое вольтметром В₁, является входным (U _вx). К выходу схемы подключают вольтметр В₂, регистрирующий U _выx, а также электронный осциллограф (ЭО). Назначение осциллографа – демонстрировать форму сигнала на выходе схемы: нарушение линейной зависимости АХ сопровождается появлением нелинейных искажений выходного сигнала, т. е. отклонением его от гармонической формы. В процессе измерений необходимо изменять U _вx при поддержании постоянства f.

2. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) K_U = K_U (f), где K_U = = | U _выx/ U _вx| – коэффициент передачи схемы по напряжению. Для измере-ния АЧХ применяют ту же схему рис. М-1, которая используется для измерения АХ.

Однако теперь фиксируют U _вx (на уровне, при котором в выходном сигнале отсутствуют нелинейные искажения), а частоту изменяют. В процессе измерений удается зарегистрировать не коэффициент передачи, а лишь U _выx, поэтому в дальнейшем следует обработать полученные данные. При построении графика АЧХ рекомендуется для большей наглядности частоту откладывать по оси абсцисс в логарифмическом масштабе: при этом любому десятикратному увеличению f соответствует отрезок фиксированной длины. Например, расстояние между отметками 10 и 100 Гц на оси выбрано равным одному сантиметру; между отметками 100 Гц и 1 кГц следует также отложить 1 см, между 1 и 10 кГц такой же отрезок и так далее.

3. Фазочастотная характеристика (ФЧХ) Df = Df(f), где Df – сдвиг фаз, который приобретает гармонический сигнал при прохождении через схему. Наиболее распространенный метод измерения ФЧХ – с использованием осциллографа, на экране которого получают фигуру Лиссажу. Методику измерений поясняет рис. М-2.

Рис. М-2

Сигнал с выхода схемы как правило подают на вход Υ осциллографа, а входной – на вход Х. Поскольку сигналы имеют различные амплитуды, то надо обеспечить равенство их графических изображений («вписать фигуру Лиссажу в квадрат»). Регулировать размер изображения сигнала можно только по входу Υ. После получения на экране фигуры, имеющей в общем виде форму эллипса, необходимо измерить ее размеры и рассчитать сдвиг фаз по формуле, приведенной на рис. М-3. Поскольку амплитуда выходного сигнала может меняться в зависимости от частоты, необходимо при переходе от одного значения f к другому заново обеспечивать равенство горизонтального и вертикального размеров фигуры Лиссажу – в противном случае при измерении фазы будет иметь место ошибка.

4. Входное сопротивление (R _вx) схемы – отношение входного напряжения к входному току. Методику измерений поясняет рис. М-4.

Между генератором и входом исследуемой схемы включают магазин сопротивлений (МС). Применяемые в учебной лаборатории МС обеспечивают удовлетворительную точность измерений при

частотах сигнала не более 3 кГц. Первона- Рис. М-4

чально устанавливают нулевое сопротивление магазина (R _м) и при этом фиксируют напряжение на вольтметре (оно равно напряжению на выходе генератора). Затем сопротивление магазина плавно увеличивают до тех пор, пока напряжение не снизится вдвое. Это означает, что магазин и входное сопротивление образовали делитель из двух равных сопротивлений, т. е. входное сопротивление схемы равно сопротивлению магазина.

5. Выходное сопротивление схемы (R _выx) – отношение выходного напряжения к выходному току. Методику измерений поясняет рис. М-5.

Рис. М-5

В начале измерений устанавливают максимально возможное сопротивление магазина, при этом магазин и вольтметр В₂ соединяют параллельно и фиксируют показания вольтметра. Постепенно уменьшая сопротивление магазина, добиваются снижения напряжения, регистрируемого вольтметром, вдвое: при этом R _м равно R _выx исследуемой схемы.

Внимание! Подключение магазина с малым сопротивлением может привести к выходу из строя как макета, так и магазина сопротивлений.