Сборник практических работ по дисциплине "Прикладная электроника"

Министерство образования и науки Самарской области

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

среднего образования

«Тольяттинский индустриально-педагогический колледж»

(ГАПОУ СО «ТИПК»)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

по дисциплине «Прикладная электроника»

для студентов специальности СПО

09.02.03. Компьютерные системы и комплексы.

Тольятти 2016 г.

Еремеева В.В.. Методические рекомендации по выполнению практических работ по дисциплине «Прикладная электроника» для студентов специальности среднего профессионального образования 09.02.03. Компьютерные системы и комплексы. Тольятти, Изд-во ТИПК, 2016.- 23 с.

Методические рекомендации разработаны в соответствии с государственными требованиями к содержанию и оформлению научно-исследовательских работ студентов и содержат перечень рекомендаций по выполнению практических работ для специальности среднего профессионального образования 09.02.03. Компьютерные системы и комплексы.

Разработаны для студентов.

Утверждено

протокол заседания научно-методического совета ГАПОУ СО «ТИПК»

№____ от «____»______________ 2016 г.

Председатель Чернова С.Н.___________________ /

© ГАПОУ СО «ТИПК»

Содержание

Введение………………………………………………………………………….4

Практическая работа №1 «Расчет сглаживающего фильтра»………………...5

Практическая работа №2 «Расчёт предварительного каскада УНЧ». 11

Список источников и литературы……………………………………………..23

Список оборудования…………………………………………………………..23

Введение

Цель проведения практических работ по дисциплине «Прикладная электроника» - выработка практических навыков и умений по измерению, расчетам электрических параметров различных схем и устройств, по сборке электрических схем, по проектированию, измерению и расчетам электронных устройств.

В результате выполнения практических работ обучающийся должен уметь:

различать полупроводниковые диоды, биполярные и полевые транзисторы, тиристоры на схемах и в изделиях;

определять назначение и свойства основных функциональных узлов аналоговой электроники: усилителей, генераторов в схемах;

использовать операционные усилители для построения различных схем;

применять логические элементы, для построения логических схем, грамотно выбирать их параметры и схемы включения;

должен знать:

принципы функционирования интегрирующих и дифференцирующих RC-

цепей;

технологию изготовления и принципы функционирования полупроводниковых диодов и транзисторов, тиристора, аналоговых электронных устройств;

свойства идеального операционного усилителя;

принципы действия генераторов прямоугольных импульсов, мультивибраторов;

особенности построения диодно - резистивных, диодно- транзисторных и транзисторно-транзисторных схем реализации булевых функций;

цифровые интегральные схемы: режимы работы, параметры и характеристики, особенности применения при разработке цифровых устройств;

этапы эволюционного развития интегральных схем: большие интегральные схемы (БИС), сверхбольшие интегральные схемы (СБИС), микропроцессоры в виде одной или нескольких сверхбольших интегральных схем (МП СБИС), переход к нано технологиям производства интегральных схем, тенденции развития.

Общие компетенции, формируемые в результате выполнения практических работ :

• ОК-2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

• ОК-3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

• ОК-6. Работать в коллективе и в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

• ОК.7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчинённых), за результат выполнения заданий.

• ОК.9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

Практические работы рассчитаны на 8 часов аудиторных занятий.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1

Тема: «Расчет сглаживающего фильтра».

Цель практического занятия: Научится рассчитывать сглаживающие фильтры ёмкостного характера.

Содержание работы:

Электрический расчет сглаживающего фильтра выполняется в соответствии с выбранной схемой фильтра.

Проверочный расчет позволяет определить напряжение на нагрузке, обусловленное данной схемой выпрямителя, а затем сравнить его с исходным значением U₀.

Пример. Расчет выпрямителя, работающего на нагрузку емкостного характера.

Исходные данные (номинальные значения): выпрямленное напряжение в нагрузке U_0н = 36 В; выпрямленный ток в нагрузке I₀ = 0,65 А; коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке К_п.н = 1 %; напряжение сети U₁ = 220 В; частота сети f_с =50 Гц; рабочий диапазон температур T_oкр = – 60 … + 80°С; мощность в нагрузке Р_0н = U_0н·I₀ = 360,65=23,4 ВА.

Выбор схемы выпрямления определяется значениями мощности и напряжения. Поскольку мощность в нагрузке в данном случае невелика, а выпрямленный ток меньше 1 А, можно применить однофазную мостовую схему выпрямления с фильтром, начинающимся с конденсатора; обозначим его C₀.

Полная схема сглаживающего фильтра определяется следующими положениями:

1. Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на входном конденсаторе С₀ из соображений наилучших массогабаритных характеристик фильтра принимается равным К_п.вх = 5... 15 %. Примем К_п.вх = 15%.

2. Коэффициент сглаживания оставшейся части фильтра в соответствии с необходимостью обеспечить К_{п.н .}= 1 % должен составлять q = К_п.вх%/ К_п.н%=15/1 = 15.

3. Поскольку q = 15 < 25 (при q  25 применяется двухзвенный LC - фильтр), выбираем в качестве оставшейся части фильтра однозвенный LC - фильтр. На рисунке 7 показана схема выпрямителя и сглаживающего фильтра.

Напряжение на выходе схемы выпрямления U₀ с учетом падения напряжения на LС-фильтре определяется по выражению U₀ = U_0н [1+0,01(U_ф / U_0н)_%], в которое значение (U_ф/U_0н)_% подставляется из графика на рисунке 8. В соответствии с мощностью Р_0н = 23,4 ВА U_ф/U_0н = 10%.

Таким образом, U₀ = U_0н [1+0,01(U_ф/ U_0н)_%] = 36(1 + 0,0110)= 39,6 В

Рис. 1.1. К примеру расчета выпрямителей с емкостной нагрузкой

Рис. 1.2. Графики определения падения напряжения на дросселе фильтра.

Основные параметры диодов схемы определяются по табл. 1.1, согласно которой приблизительное значение I_пр.и.п = 3,5·I₀ = 3,50,65 = 2,27А; I_пр.ср.= I₀ /2 = 0,325А; U_{обр.и.п .}= 1,539,6 = 59,4 В.

В соответствии с этими данными по приложению 4 выбираем диоды типа КД202Д со следующими параметрами при окружающей температуре – 60…+ 130С: I_{пр.ср.max} = 5 A > I_пр.ср; U_{обр.и max} = 200 В > U_обр.и.п; I_{пр.и max} = 6·I_{пр.cр max} = 65 = 30 А > I_{пр.и.прибл}; U_пр.ср.= 1 В.

Таким образом, N_посл = 1.

Электрический расчет выпрямителя

1. Активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке:

2. Дифференциальное сопротивление диодов

3. Активное сопротивление фазы выпрямителя согласно табл. 1.1

r_о = 2r_диф + r_тр = 2·1,02 + 3,9 = 5,94 Ом.

4. Индуктивность рассеяния обмоток трансформатора

5. Соотношение между активным и реактивным сопротивлением фазы выпрямителя (tg φ)

φ = 24^о.

6. Вспомогательный коэффициент

7. Расчетные коэффициенты В, D, F и Н определяются по графикам на рисунках 3 – 6: B = 1,35; D = 1,85; F = 4,2; H = 29 000.

8. Уточняется значение I _пр.и.

I _пр.и = 1,4 А < 5 А.

Таким образом, вентиль КД202Д по току выбран правильно.

9. Электрические параметры трансформатора определяются с помощью табл. 1.1 с учетом полученных расчетных коэффициентов, т. е.

U₂ = В·U₀ = 1,35·39,6 = 53 В;

P_г = 1,5Р₀ = 1,5U₀·I₀ = 1,5·39,6·0,65 = 38,5 В·А.

10. Проверка выбранного диода по обратному напряжению производится по формуле

U _обр.и = 1,41· U₂ = 1,41·53 = 75 В < 200 В.

Таким образом, вентиль КД202Д по обратному напряжению выбран правильно.

11. Входная емкость фильтра С₀ равна

где К _п.вх% = 15 %.

Принимается ближайшее стандартное значение С₀ = 680 мкФ. По приложению 5 выбираем конденсатор К50-22 с U _раб = 100 В, причем значение U _paб определяется неравенством , U₂ = 1,41·53 = 75 < 100.

12. Коэффициент пульсации, соответствующий выбранному С₀,

Электрический расчет фильтра (см. Рис. 2.5)

Коэффициент сглаживания оставшейся части фильтра – звена LC в соответствии с полученными значениями С₀ и К _п.вх%

q = К _п.вх% / К _п.н% = 14,35/1 = 14,35.

Произведение LC данного звена определяется следующим образом:

LC = 10·(q + 1)/m² = 10(14,35 + 1)/4 = 38,3 Гн·мкФ.

Индуктивность дросселя L определяется из полученного LC (38,3 Гн·мкФ), в которое в целях унификации элементов подставляется С = С₀, т. е.

L = LC/C₀ = 38,3/680 = 0,056 Гн.

Выбираем унифицированный дроссель Д16 со следующими параметрами: L = 0,08 Гн; I = 0,8 А; r_L = 4,65 Ом.

Резонансная частота фильтра

рад/c.

Проверка отсутствия резонанса производится по неравенству

2 ω_рез ≤ 2mω или 2 ω_рез < 2·2π·f_с.

В нашем случае 2∙ω_рез = 2·135,6 = 271, а 2·2π·f_с = 2·2·3,14·50 = 628.

Подставляя в неравенство эти значения, получаем 271 < 628. Таким образом, неравенство выполняется, следовательно, резонанс отсутствует.

Поверочный расчет заключается в определении значения U_оп с учетом падения напряжения на дросселях фильтра, т. е.

U_0Н = U₀ – ΔU _ф = 39,6 - r_L ·I₀ = 39,6 - 4,65·0,65 = 36,58 В.

Заданное значение U₀ = 36 В. Абсолютная погрешность расчета составляет 0,58 В. Таким образом, относительная погрешность равна 0,58/39,6·100% = 1,46%.

Конструктивный расчет трансформатора выполняется по следующим данным: U₁ = 220 В; = 0,205 А; Р_Г = 38,5 В·А; U₂ = 53 В; I₂ = 0,85 А; f_c = 50 Гц и в соответствии с методикой раздела 1.

Содержание отчета

Отчет по данной лабораторной работе должен содержать:

1. титульный лист по стандартной форме;

2. цель работы;

3. исходные данные (эквивалентные схемы исследуемых цепей и параметры их элементов);

4. таблицы с результатами вычислений;

5. основные расчетные формулы и уравнения;

6. выводы и заключение о степени соответствия расчетных и экспери­ментальных результатов.

Примечание:

Практическая работа рассчитана на 4 часа.

Приложение 1 Параметры конденсаторов

Номи­нальное напря­жение U, В

Конденсаторы электролитические

Конденсаторы оксидно-полупроводниковые

Тип конденсатора и его номинальная емкость, мкФ

К50-ЗБ

К50-22

К50-24

К53-1

К53-14

15(16)

-

1000,

2000,

5000,

10000

47, 100,

470,

1000,

2200,

4700,

10000

0,068; 0,1; 0,15; 0,22; 0,33; 0,47; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8; 10; 15; 22; 33; 47; 68

0,068; 0,1; ,15; 0,22; 0,33; 0,47; 0,68; 1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8; 10; 15; 22; 33

25

10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000

680, 1000, 2000, 4700, 6800

22, 47, 100, 220.

470. 1000, 2200,

4700

30

-

-

-

0,033; 0,047. 0,068; 0,1;

0,15; 1; 1,1; 1,5; 2.2; 3,3;

4,7; 6,8; 10; 15; 22; 33

0,033; 0,047; 0,068; 0,1; 0,15; 0,22; 0,33; 0,47; 0,68; 1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8;

10; 15; 22

50

10, 20,

50, 100,

200

220, 470, 1000, 2200

-

-

-

63

-

-

10, 22, 47, 100, 220, 70, 1000, 200

-

-

100

10, 20, 50,

100, 200

100, 20, 470, 680

4,7; 10; 22; 47;

100; 220

-

-

160

2, 5, 10,

20, 50, 200

47, 100,

220, 470

2,2; 4,7;

10; 22;

47; 100;

200

-

-

250

20, 50

-

-

-

-

450

2, 5, 10, 20

-

2, 5, 10,

20

-

-

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2

Тема: «Расчёт предварительного каскада УНЧ».

Цель практического занятия: Научится рассчитывать предварительный каскад усилителя низкой частоты.

Содержание работы:

2.1. Цель расчета

Целью данной задачи является получение навыков расчета транзисторных каскадов предварительного усиления низкочастотных сигналов переменного тока, в данном случае звуковых частот (УНЧ).

2.1.1. Теоретические сведения, необходимые для выполнения расчета

Для выполнения расчета необходимо знать основные характеристики усилителей переменного тока, принцип действия и методы расчета транзисторных каскадов предварительного усиления УНЧ, которые работают в классе А.

1. Исходные данные

Для окончательного расчета предварительного усилителя транзисторного УНЧ, который работает в классе А и выполненный по схеме с ОЭ исходными данными является:

1. 1. U_вых В - напряжение на выходе (на нагрузке) каскада;

   2. R, Ом - сопротивление нагрузки (входное сопротивление следующего

каскада);

1. 3. Е_к, В - напряжение источника питания;

   4. f, Гц - нижняя граница диапазона частот усиления;

   5. М_н - допустимое значение коэффициента частотных искажений

в области низких частот. Варианты исходных данных приведены в таблице 1.

Пример выбора варианта для номера зачетной книжки 77732: относительно колонки 3 имеем — f_H= 125 Гц, М_н= 1,9; относительно колонки 2 имеем U_вых= 3,5 В, R = 240 Ом, Е= 14 В.

2. Теоретические пояснения

Таблица 1 - Исходные данные для расчета каскада предварительного усиления по схеме с ОЭ

Цифры номера зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

десятки

единицы

ивых, В

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,7

6,5

7,2

8

Rh. ОМ

13

180

240

330

43

51

620

82

100

130

F, .В

10

12

14

16

18

20

23

26

29

32

f_u. Гн

50

75

100

125

15

17

200

22

250

275

Мн

2,2

2Д

2

1,9

1,8

1,7

1,6

1,5

м

1,3

Окончательный расчет является основной частью работы при проектировании УНЧ. При его выполнении рассчитывают параметры элементов каждого каскада, цепей межкаскадных связей, режимы работы транзисторов. Расчет обычно выполняют в последовательности, обратной прохождению сигнала в УНЧ: сначала рассчитывают элементы оконечного каскада, затем предоконечного, а далее - каскадов предварительного усиления. Такая последовательность обусловлена ориентацией расчета на обеспечение на нагрузке УНЧ заданной выходной мощности при допустимых значениях нелинейных и частотных искажений сигнала.

Элементы схемы выбирают с учетом требований стандартов к отдельным типам компонент. Так, резисторы выбирают по номинальным значениям, наиболее близким к расчетным величинам сопротивления и величиной рассеиваемой мощности в рабочем режиме, конденсаторы выбираются с по номинальным значения емкости, наиболее близким к расчетной величине и по величине рабочего напряжения.

1. 5 Пример расчета предварительного каскада усиления на транзисторе включенного по схеме с общим эмиттером

1. Входные данные

Выполним расчет каскада, электрическая принципиальная схема которого представлена на рисунке 1 по следующим данным:

1. 1. напряжение на выходе каскада Uвых=7,5 В;

   2. сопротивление нагрузки Rh=1200 Ом;

   3. напряжение источника питания Uпит=30 В;

   4. нижняя граничная частота fн=75 Гц;

   5. допустимые значения коэффициента искажения в области низких частот Мн=2,15.

Будем считать, что усилитель будет работать в стационарных условиях.

2. Необходимо определить:

   1. тип транзистора;

   2. режим работы транзистора;

   3. величины сопротивлений делителя Rl, R2;

   4. величину сопротивления коллекторной нагрузки R3;

   5. величину сопротивления в цепи эмиттера;

   6. емкости разделительных конденсаторов С1,СЗ;

   7. емкость конденсатора в цепи эмиттера С2;

   8. гарантированное значение коэффициентов усиления каскада по

току К_I по напряжению К_U, по мощности К_Р.

При построении схемы будем использовать элементы с допустимым отклонениями от номинальных величин ±5%(исходя из того, что при расчете можно будет оставлять не более трех значащих цифр).

1.5.3 Порядок расчета

Определим условия предварительного выбора транзистора. Допустимая величина напряжения между эмиттером и коллектором должна превышать напряжение источника питания

величина допустимого коллекторного тока должна превышать максимальное значение тока в цепи коллектора расчетной схемы

где Іок - ток покоя в цепи коллектора;

I_KM - амплитуда переменной составляющей в цепи коллектора;

где R_H= =(RзRн)/( R3+ Rh) - эквивалентное сопротивление нагрузки каскада по переменному току. При этом R₃ является нагрузкой по постоянному току.

Исходя из того, что данный каскад является усилителем мощности, для обеспечения максимальной передачи мощности зададим R₃=R_H, и принимаем R₃=1200 Ом (для усиления напряжения задаются R₃<< Rh, а для усиления тока задаются R₃>> R_H), тогда:

Rh= =( 1200-1200)/(1200+1200)=600 Ом; I_Km=7,5/600=12,5 мА.

1V111 } 7

Для обеспечения экономичности каскада с минимальными нелинейными искажениями выбирают

Iок=(1,05...1,1) -1кт=1,М2,5=13,8 мА.

На основании вышеприведенных требований выбираем транзистор, который бы обеспечивал:

U_{K max}>30 В;

І_Kmax>13,8+12,8=26,3 мА. По справочнику выбираем транзистор типа КТ315Г, который имеет следующие характеристики: Uк_max⁼35 В,

І_{к mах}=100 мА, h_2iэ⁼50...350, Р_Kmах=150 мВт.

Определим напряжение между эмиттером и коллектором в режиме покоя

где U_ост - напряжение ниже которого при работе каскада появляются большие нелинейные искажения, вследствие того, что в рабочую зону попадают участки характеристик транзистора имеющие большую кривизну. Для маломощных транзисторов, как правило, задают U_ост= 1В. Тогда

Uok⁼7,5+1=8,5 В.

При этом необходимо выполнить условие:

Р_к=13,8-8,5=117< Р_Кmax=150 мВт.

Таким образом, выбранный тип транзистора отвечает требованиям по мощности.

Сопротивление нагрузки в цепи коллектора R₃=1200 Ом. Мощность рассеиваемая на резисторе P=I²-R, или

P_R3- I_OK² R₃⁼(13.8-10"³)²-1 200=0.227 Вт.

По справочнику выбираем резистор типа С2-33 мощностью 0,25 Вт и сопротивлением 1200 Ом.

Определяем значение сопротивления R₄ в цепи термостабилизации:

выполнялось соотношение R_4//R₃=(0,1.. .0,4), которое обеспечивает незначительноеснижение динамического диапазона каскада и падение напряжения на R₄, котороепревышает значение контактного потенциала р-п перехода транзистора (для обеспечения условий температурной стабильности режима покоя каскада). Тогда:

Мощность рассеивания на сопротивлении R₄

P_R4= I_OK² R₄=( 13,8-10^-3) -358=0,068 Вт.

По справочнику выбираем резистор типа С2-33 мощностью 0,25 Вт и сопротивлением 360 Ом.

Определим емкость конденсатора С₃, который шунтирует R₄ из условия, что его сопротивление на частоте f_H должен быть в 10 раз меньше чем сопротивление резистора R₄:

где множитель 10⁶ позволяет получить значение емкости в микрофарадах.

U_C3= I_OK R₄=13.8-10^-3-360=4.97 В.

Рабочее напряжение на конденсаторе С₃

По справочнику выбираем конденсатор типа К50-35 емкостью 100 мкФ, напряжение 6,3 В.

Находим величину тока покоя базы транзистора

Iоб=Iок/ h_21Эmin=13.8/50=0.276 мА.

Поскольку в открытом состоянии транзистора напряжение между его базой и эмиттером составляет приблизительно 0,6 В, то напряжение покоя базы Uob=0,6 В и можно найти ориентировочно значение входного сопротивления транзистора R_BX= U_ОБI_ОБ

Определим значение сопротивлений делителя R₁ R₂. Делитель подключен к напряжению Uд=Ек=30 В. Величина тока выбирается в пределах Iд=(2…5) I_ОБ, что обеспечивает независимость задания тока покоя транзистора при изменении его параметров под действием температуры, замене на другой и т.д.

I_Д=5·0,276=1,38 мА.

Падение напряжения на резисторе R₄ составляет U_R4=( І_ОК+ I_ОБ) R₄,

или U_R4=( 13,8+0,276) -0,276=5,07 В.

Тогда

По справочнику выбираем R₁=15 кОм, R₂=4,3 кОм. Определяем мощность рассеяния на этих сопротивлениях

P_R1= (I_ОБ+ Ід)² R₁

P_R1= I_ОБ' R₂, или

Определяем расчетные коэффициенты усиления каскада по току, напряжению и мощности:

P_R1=[(0,276+1,38) • 10^-3]² 15-10³=0,041 Вт,

P_R2=(1,38 -10^-3)²-4,3-10³=0,008 Вт.

значения будут получены в мкФ, рабочее напряжение С₂ принимаем как

U_C2=1.5-E_k.

Выбираем резисторы типа С2-33 мощностью 0,25 Вт. Определяем емкость конденсатора С₂ из условия обеспечения допустимого значения коэффициента частотных искажений М_н:

U_С2=1.5-30=45 В.

По справочнику выбираем конденсатор типа К73-17 емкостью 0,68 мкФ, напряжение 63 В.

Определяем амплитудное значение тока и напряжения на выходе каскада:

I_ВХМ= I_Km/h_21Эmin=12.5/50=0,25 мА,

U_вxm= I_вxm · R_вх =0,25-10^-3-2182=0,5455 В. Необходимая мощность входного сигнала

К_Р= К₁К_U=25,8-13,8=345,

[К_Р]_дБ=101g K_P=101g 345=23,9 дБ.

Для подобных каскадов среднее значение коэффициента усиления по мощности должно составлять не менее 20 дБ. Как видно расчет верный. Кроме этого при минимальном значении коэффициента усиления транзистора h_21Эmin⁼50 имеем запас по усилению.

Электрическая принципиальная схема расчетного каскада представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Каскад усиления

Таблица 2 Данные для выбора ОУ (по списку академического журнала)

Рисунок 2 - Двухвходовый инвертирующий сумматор

ОУ

№

ОУ

№

ОУ

1

К140УД1А

11

К153УД1

21

КР1409УД1

2

К140УД2

12

К153УД2

22

К157УД1

3

К140УД5

13

К553УД1

23

К157УД2

4

К140УД6

14

К553УД2

24

КР574УД1

5

К140УД7

15

КР544УД1

25

КР574УД2

6

К140УД8

16

КР544УД2

26

К140УД14

7

К140УД9

17

К1407УД1

27

К140УД17

8

К140УД10

18

К1407УДЗ

28

К140УД20

9

К140УД11

19

КМ551УД2

29

К1407УД1

10

К140УД12

20

К1401УД2

30

К1408УД1

Рисунок 3 - Неинвертирующий усилитель.

Таблица 3 Данные для инвертирующего сумматора или усилителя на ОУ

Десятки номера зач.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Пара­метр

Ед. измер.

R1

кОм

1

X

X

1,1

-

-

X

-

2

1,1

R2

1,5

3

-

1,2

X

-

1

-

1,5

R3

X

30

75

33

X

X

240

X

X

33

R4

2

1

6,2

2,2

X

2,4

X

X

X

2,2

U1

В

1,5

0,15

X

X

-

-

X

-

-0,05

X

U2

-2,5

-0,25

-

-

X

0,01

-

X

-

0

из

2,5

X

X

X

-5

X

1,2

-2,2

X

X

11

мА

X

X

X

0,2

-

-

0,005

-

X

0,2

12

X

X

-

-

X

X

-

X

-

-

13

X

X

X

X

X

0,05

X

0,02

X

X

14

X

0,25

1

X

2,5

X

1

0,01

0,55

X

Кизз

-

-

-50

X

-100

-120

X

X

-110

X

Таблица 4 Данные для инвертирующего сумматора или усилителя на ОУ

Единицы номера зач.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Пара­метр

Ед. измер.

R1

кОм

18

X

220

X

75

X

24

15

X

36

R2

X

1,2

X

3

X

1

X

X

2,4

X

R3

10

6,2

3,9

X

2

2

X

X

10

X

U1

В

-0,3

X

0,044

X

0,15

X

0,3

X

X

X

U2

X

0,6

X

од

X

X

X

X

0,2

0,25

из

-4,8

-9,6

X

5,1

X

-1,25

X

9

3,2

X

11

мА

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

12

X

X

0,002

X

0,15

X

0,3

0,5

X

X

13

X

X

X

1

X

X

3,75

3,75

X

2

Кизз

X

X

X

X

51

25

X

6

X

16

Знаком «-» в таблице обозначены отсутствующие для данного варианта параметры.

Пример выбора варианта для номера зачетной книжки 77732:

Из столбца 3 таблицы 3 имеем - R_l= 1,1 кОм, R₂ отсутствует,

R₃=ЗЗ кОм, R4=2,2 кОм, U₂=отсутствует, I₁=0,2 мА, I₂= отсутствует;

из столбца 2 таблицы 4 имеем – R₁=220 кОм, R₃=3,9 кОм, U₁=0,044 В, I₂=0,022 мА.

2.3 Необходимо определить:

1. величины параметров, обозначенных в таблицах 3 и 4 знаком «X»;

2. указать - правильно ли указаны на рисунках 2 и 3 направления протекания токов;

3. тип и мощность рассеивания резисторов устройства;

Так же необходимо привести электрическую принципиальную схему каскада усиления с указанием заданных и полученных по результатам расчета номинальным значениям резисторов, величин напряжений и токов, направлений протекания токов.

2.4 Пример предварительного расчета инвертирующего усилителя на ОУ

2.4.1 Входные данные

1. 1. R₁=l,l кОм;

   2. R₃= отсутствует;

   3. R₄=2 кОм;

   4. U₁-0,044 В;

   5. U₃=-3 В.

Рисунок 4 - Расчетная схема инвертирующего усилителя.

Из анализа входных данных видно, что мы имеем дело с инвертирующим усилителем, расчетная схема которого представлена на

рисунке 4.

2. Необходимо определить:

   1. сопротивление резистора R₃;

   2. величины токов I₁,I₃,I₄;

   3. коэффициент усиления К_U33;

   4. правильность простановки токов на расчетной схеме;

   5. тип и мощность резисторов каскада усиления.

2. Порядок расчета

Коэффициент усиления определяется как:

Тогда R₃=- K_U33 R₁=-(-20) -1=20 кОм, в данном случае получилось

стандартное значение. Поскольку потенциал инвертирующего входа ОУ для схемы инвертирующего усилителя равняется нулю, имеем:

указано верно. По первому закону Кирхгофа можем записать: І₃= І₁=0,15 мА, и направление его также указано верно. Очевидно, что

U₃ -3

І4= — =—=-1,5 мА и направление его протекания меняем на

R₄ 2

противоположное.

Электрическая принципиальная схема инвертирующего усилителя построенного на базе ОУ К140УД7 представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Инвертирующий усилитель на ОУ. Схема электрическая принципиальная

Следует заметить, что поскольку усилитель предназначен для усиления сигналов напряжения постоянного тока, то разделительный конденсатор не ставим.

Мощность рассеиваемая на резисторах усилителя:

P_R1=1·10³·(0,15·10^-3)²=2,25-10^-5 ·Вт.

P_R3=20·10³·(0,15·10^-3)²=4,5·10^-4 Вт.

P_R4=2-·10³-( 1,5 · 10"³)²=4,5·10^-4 Вт. По справочнику выбираем резисторы типа С2-33 мощностью 0,125 Вт. Заметно, что в схемах на ОУ мощность рассеяния резисторов меньше, чем в схемах на транзисторах.

3 Схемотехника усилителей мощности звуковых частот.

3.1 Цель работы.

Целью данной работы является приобретение навыков использования усилителей звуковых частот на интегральных микросхемах и приобретение навыков работы со справочной литературой.

3.2 Исходные данные.

Исходными данными для реализации устройства являются:

1. Рном - номинальная мощность на нагрузке, Вт;

2. R_H - номинальное сопротивление нагрузки, Ом; Варианты исходных данных представлены в таблице 5.

Таблица 5 Варианты задания

Цифры номера зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

десятки

единицы

Р Вт

А НПУі J—' 1

0,25

0,5

1

2

5

10

20

50

75

100

Rh

2

4

6

8

2

4

6

8

4

8

Содержание отчета

Отчет по данной лабораторной работе должен содержать:

1. титульный лист по стандартной форме;

2. цель работы;

3. исходные данные (эквивалентные схемы исследуемых цепей и параметры их элементов);

4. таблицы с результатами вычислений;

5. основные расчетные формулы и уравнения;

6. выводы и заключение о степени соответствия расчетных и экспери­ментальных результатов.

Примечание:

Практическая работа рассчитана на 4 часа.

Список источников и литературы

Основные источники:

1. Алексеенко А.Г. Основы микросхемотехники. М: 2006.

2. Журавлева Л.В. Электроматериаловедение.- М.: ACADEMA, 2007.

3. Жеребцов И.П. Основы электроники.- М. :Высшая школа. 2006.

4. Сиренький И.В. Электронная техника. ЗАО Издательский дом «Питер». 2008.

5. Опадчий Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника. М., 2010.

6. Миловзоров О.В. Электроника. М., «Высшая школа», 2007.

Дополнительные источники:

1. Нефедов В.И., Хахин В.И., Федорова Е.В. «Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах». -М.: Высшая школа, 2009.

2. Панфилов В.А. «Электрические измерения» -М.: Издательский центр «Академия», 2011.

Список оборудования

- мультимедийный учебный комплекс по темам:

«Цепи постоянного тока», «Цели переменного тока», «Электронные устройства», «Цифровая электроника», «Операционные усилители».

- стационарные лабораторные стенды;

- набор измерительных приборов и оборудования стендов;

- комплект приборов по направлению «Физические основы электротехники и электроники;

- комплект экспериментальных панелей по направлению «Электротехника и электроника»;

- педагогические программные средства вычислительной техники:

встроенные персональные компьютеры;

- оверхед-проектор «Горизонт»-250 Х.

14