пальцами один из транзисторов, чтобы посмотреть, как влияет иа выходной ток разность температур Ti и Т^ Растет или убывает /вых^* Объясните почему.

Замените другим транзистором 2N3906 и посмотрите, какой разброс можно получить, применяя несогласованные транзисторы. Теперь поставьте некоторое сопротивление (от 5 до 10 кОм) последовательно с вашим измерительным прибором и

+ t5B

?N39D5

15 кОм

0-10

Рис. 5.7. Классическое рпр-токовое зеркало.

посмотрите, как меняется /д^х напряжением нагрузки. Насколько хорошим источником тока является токовое зеркало по сравнению с источником тока, который был построен в предыдущей работе?

Теперь замените Ti и Т^ транзисторной сборкой СА3096. Расположение контактов этой сборки показано на рис, 5.8. Измерьте /дых. используя согласованную рпр-

и

-V- -V-

3 прп 2рпр

Pifc. 5.8. Расположение выводов СА3096,

io Зс Ас 5t 6с 7с ВС

о IS 0 15 э14

Ш096 0 13

Вид CBepxv

пару СА3096 в приведенной выше схеме токового зеркала. Насколько близки значения выходного и задающего токов? Наилучший вариант СА3096 (микро-схема СА 3096А) имеет рассогласование f/бэ от 0,15 мВ (типичное значение) до 5 мВ (максимальное). Каким отношениям коллекторных токов соответствуют эти значения? 5.6. Переходные искажения. Исследуйте переходные искажения , построив пушпуль-ный выходной каскад, показанный на рис. 5.9. Подайте на него синусоидальные коле-

+ 15

гтт шрп)

2N3906

Выход

6,8 кОм

Рис. 5.9. Пушпульный эмиттерный повтори* тель с дополнительной симметрией.

бания с амплитудой по крайней мере нескол-ько вольт, частотой около 1 кГц. Проверьте, что сдвиг выходного сигнала генератора по постоянному току установлен на нуль. Внимательно посмотрите на выходной сигнал. Если вы видите нечто совсем странное, то это могут быть паразитные колебания. Их можно укротить, поставив резистор 470 Ом последовательно с общим выводом базы и, если понадсится, добавив конденсатор 100 пФ между выходом и землей.

Погоняйте амплитуду вверх и вниз. Поиграйте со сдвигом сигнала по постоянному току, если на вашем генераторе это возможно.

Лабораторная работа 6. Транзисторы 3

Материал дЛя чтения: ГЛ. 2, разд 2.15 - конец главы, стр. 132-153, т. 1.

Задачи в тексте; дополнительные упражнения 4, 5, 6, 8; негодная схема ж. 6.1. Составные транзисторы (схема Дарлингтона). Включите два транзистора 2N3904 в пару Дарлингтона и снимите ее характеристики с помощью схемы, изображенной на рис. 6.1.

+ 15

JQ-ImA

Абометр l3-J1o-1QMA

2N3904 Рнс. 6.1. Испытательная схема для пары Дарлингтона. В качестве R используйте магазин сопротивлений.

а) Начните с уменьшения R до нескольких тысяч омов, чтобы привести транзистор в хорошее насыщение; при этом /=15 мА. Измерьте 6к ( напряжение насыщения схемы Дарлингтона ) и t/o у ( /У^э схемы Дарлингтона ). Как они соотносятся с смычными значениями одиночных транзисторов? Если не знаете, то померьте отдельно напряжения у Г^, заземлив его эмиттер. Результаты объясните

б) Увеличьте R до значений 500 кОм - 10 МОм с целью уменьшить до нескольких миллиампер. Измерьте/1213 ри токе коллектора от 1 мА до 10 мА (как и раньше, измерьте f по вычисляйте через R).

.2. Супербета-транзистор (с очень большим hi). Поставьте одиночный супербета- транзистор 2N5962 вместо пары Дарлингтона и проделайте тот же набор измерений, то есть Укэнас и /2213 при токах коллектора ог 1 до 10 мА. Согласуется ли их

результат с типичными значениями на рис. 2.76 в тексте>

6.3. Следящая связь. Для начала соберите эмиттерный повторитель по схеме рис. 6.2 (в тексте рис. 2 63).

а) Во-первых, удалите конденсатор 15 мкФ Каким приблизигельно будет входное полное сопротивление? Измерьте его, подсоединив ко входу генератор через сопротивление 10 кОм и заметив падение напряжения между точками А и Б. Проверьте, имеет ли выходной сигнал (в точке В) ту же амплитуду, что и в точке Б (используйте входной сигнал с частотой из диапазона 10 - 100 кГц).

б) Теперь добавьте конденсатор следящей связи 15 мкф Снова измерьте входное полное сопротивление, подключая осциллограф к обоим концам последовательного резистора 10 кОм. Убедитесь, что вам понятно, за счет чего происходит улучшение,

в) Попробуйте убрать сопротивление 10 кОм и конденсатор следящей связи, а затем постепенно увеличивайте амплитуду входного сигнала, наблюдая выходной,

IOkDm

д 10 Ом J-

! 0,1 мкф

+15 В

2N3904

4,7 кОм

15мпф

1кОм

Рис. 6.2. Эмиттерный повторитель со следящей связью.

пока не выведете выход генератора на самый высокий уровень. Откуда у выходного сигнала берутся эти забавные отрицательные всплески? Если у вас появились паразитные колебания, то следует добавить последовательный резистор 270 Ом. 6.4. Дифференциальный усилитель. Соберите схему рис. 6.3. Предскажите напряжение покоя коллектора Предскажите коэффициенты усиления - дифференциальный и синфазного сигнала (не забудьте об г^).

1мкФ

10 нОм

J-- + 15

7,5 КОМ

100 7,5 кОм

1мкФ 10 КОМ

т

Рис, 6.3. Дифференциальный усилитель.

Теперь изм^ьте эти величины: для измерения /Сдифф заземлите один вход и подайте малый сигнал на другой; для Ксинф замкните с^а входа между собой и возбуждайте их умеренным сигналом скажем, i В, от пика к пику.

6.5. Эффект Миллера. Для начала постройте усилитель с однополюсным выходом и высоким коэффициентом усиления (шунтированный эмиттер) по схеме рис. 6.4.

1 Ш

56 ком !мкФ

5,6 т

4-15 в

г---! --

7,5 кОМ

2N3901 или

2N3565

:68 мнФ

1N3555 ТО-108

рис. 6.4. Схема npAi-усилигеля с заземленным эмнттером для исследовация эффекта Миллера. .

Предскажите коэффициент усиления по напряжению, потом измерьте его (закоротите входной резистор 1 кОм). Проверьте, что напряжение покоя коллектора имеет разумное значение.

Теперь восстановите резистор 1 кОм (он имитирует полное сопротивление генератора, которое может быть в схеме). Измерьте верхнюю сопрягающую частоту, отвечающую значению усиления ~ 3 дБ.

Теперь добавьте конденсатор 33 пФ с коллектора на базу (показан пунктиром). Он добавляется к емкости транзисторного перехода (около 2 п,Ф), усиливая эффект Миллера. Снова измерьте частоту, отвечайщуй значению -3 дБ. Дайте качественное объяснение, вводя понятие эффективной емкости, подключенной на землю и порожденной эффектом Миллера.

Лабораторная работа 7. ОУ 1

Материал для чтения: разд. 3.01-3.09, стр. 154-164, т. I.

Задачи в тексте; негодные схемы б, г, д, е, ж, и, к, м. 7.1. Коэффициент усиления разомкнутого ОУ. Соберите себе на удивление схему рис. 7.1 и понаблюдайте за поведением выходного сигнала, медленно вращая потенциометр. Совпадает ли его поведение с указанием в спецификации: Коэффициент усиления (тип.) = 200 000 ?

50 ком

Выход

Н\{мерация выводов (Kopnvc минй-DlP)

Рис. 7.1. Схема испытания разомкнутого ОУ.

Теперь разомкните вход в точке X, замкните два входа вместе и вставьте резистор 1 МОм, чтобы можно было измерять малый входной ток, измеряя падение напряжения на сопротивлении 1 МОм цифровым мультиметром (в диапазоне 1 В). Чем определяется измеренный вами входной ток? По его знаку определите, является входной транзистор транзистором типа прп или рпр; проверьте свой вывод по схеме усилителя 741 на рис. 3.27 иа стр. 173, т. 1. Соответствует ли измеренный вами ток спецификации: /см = 80 нА (тип.), 500 нА (макс.) ?

Хотя входной ток 741 совсем мал по сравнению с обычными значениями для транзисторов и часто его можно не учитывать, иногда может понадобитьсяОУ, более близкий к идеалу (никакого входного тока).У популярного 355 используется во входном каскаде ПТ (полевой транзистор), что снижает входной ток. Попробуйте поставить

его на место 741-у них одно и то же расположение выводов. Измерим лн с помощью вашей схемы специфироваииый входной ток 355: /см = 0,03 иА (тип.). 0,2 нА (макс)? 7.2, Инвертирующий усилитель. Соберите инвергн|)ующий усилитель по рис.7,2

Рис. 7.2. Инвертирующий усилитвл! .

(в этих лабораторных работах применяйте для всех схем иа ОУ источники питания rtlS В, если явно ие обозначено иное). Подайте на него синусоидальные колебания 1 кГц. Каков будет коэффициент усиления? Максимальный размах выходного сигнала? Что можно сказать о линейности? (Попробуйте на треугольных импульсах.) Испробуйте синусоидальные колебания других частот. На какой (приблизительно) высокой частоте прекращается хорошая работа усилителя? Зависит ли этот верхний предел частоты от амплитуды?

Вернемся к синусоидальным колебаниям на частоте 1 кГц. Измерьте входное полное сопротивление этой схемы усилителя, добавив к входу последовательно резистор 1 кОм Измерьте (или хоть попытайтесь) выходное полное сопротивление - заметьте, что блокирующий конденсатор при этом не нужен (почему?). Так как ОУ не может дать выходного тока больше нескольких миллиампер, то сигнал надо удерживать малым. Заметьте, что малое значение выходного полного сопрогивлепия при малых сигналах не обязательно означает возможность получения большой мощности (т. е. возможность использования полного размаха выходного сигнала при малых значениях полного сопротивления нагрузки).

7.3. Неиивертирующий усилитель. Соберите неинвертирующий усилитель по схеме рис. 7.3. Каким будет коэффициент усиления по напряжению (заметьте - не тот, что

Выход

Рис. 7.3. Неинвертирующий усилитель.

в предыдущей схеме)? Измерьте его входное полное сопротивление на частоте 1 кГц, подключив входной сигнал через резистор 100 кОм или 1 МОм. Обеспечивает ли эта конфигурация малое выходное полное сопротивление, которое вы измерили у инвертирующего усилителя?

7.4, Повторитель. Постройте повторитель на основе 741. Проверьте его рабочие параметры, H3Mepwe, в частности, если это возможно, Zbx н Zbux- Что можно сказать о его способности повторять высокочастотный си нал? По этому вопросу (и вообще, об ограничениях, свойственных ОУ) см. следующую лабораторную работу.

7.5. Источник тока. Испытайте источник тока на ОУ (рис. 7.4). Каким должен быть ток? Покрутите потенциометр 2,5 кОм и понаблюдайте за значением тока. Если вы не улавливаете никаких изменений, попробуйте воспользоваться цифровым мульти-метром.

Авометр 0-10

-1- fTs кОм Снзгрчзм I-

Рис. 7.4. Источник тока.

Заметьте, что этот источник тока хотя и является гораздо более прецизионным и устойчивым, чем простой транзисторный источник, тем не менее имеет тот недостаток, что для него требуется плавающая нагрузка (нигде не заземЛенная; к тому же у н:го значительно ограничено быстродействие, что существенно в тех случаях, когда либо выходной ток, либо полное сопротивление нагрузки меняются а время порядка микросекунды).

7,6. Преобразователь тока в напряжение. В качестве фотодиода в схеме рис. 7.5 используйте фототр<нпи тор FPT100. Посмотрите выхоцной си1 нал (если уровень по-

10 МОм

FPT-100

со свободным коллектором

Рис. 7.5. Фотодиодная схема фотометра.

FPT~100 (корпус TO-IOS)

стоянного тока больше 10 В, уменьшите резистор обратной связи до 1 МОм). Каков будет средний уровень постоянного тока и каков процент модуляции (она будет относительно большой, если в лаборатории есть люминесцентные лампы)? Какому еход-ному фототоку отвечает выходной уровень? Попробуйте накрыгь фототранзистор ладонью. Посмотрите осциллографом суммирующую точку (точку X) при изменении вых- Что должен показать осциллограф?

Теперь подключите FPTiOO как фототранзистор (рис. 7.6). Каков теперь будет средний входной фототок^ Каков процент модуляции? Посмотрите снова суммирующую точку

FPT-100 X

(со свободным шлектором)

10 к0м(или меньше)

Рис. 7,6. Фототранзисторная схема фотометра.

7.7. Суммирующий усилитель. Схема рис. 7.7 представляет собой ДКД аналоговый преобразователь (ДКД означает двоично-кодированный десятичный код ): это ва-

Вход г

1.БкОм 2%

Выход

Рис. 7.7. ДКД ЦАП, нах'руженный на суммирующий усилитель.

рнант схемы рпс. 3.18 с нагрузкой (см. в тексте). Напрял^ение на входах 1-2-4-8 есть Либо +5 В, либо О В. Напряжение на выходе пропорционально значению двоичною кода на входе. Во-первых, вычислите (а) полярность выходного напряжения и (б) чувствительность преобразозания, т. е. число вольт на единицу. Затем соберите схему и испытайте ее. Какие нужны дополнения к схеме для получения выхотного напряжения положительной полярности?

7.8- Пушпульный буфер. Постройте схему рис. 7.8. Возбуждайте ее синусоидальными колебаниями частотой 100-500 Гц. Посмотрите выходной сигнал ОУ, а потом -

ШО ком

10 иОм

1 кОм

Рис. 7.8. Инвертирующий усилитель с пушпульным буфером.

выходной сигналЧтушпульного каскада (убедитесь, что у вас на выходе ecib по крайней мере несколько вольт, а постоянное смещение генератора ус1ановлено на нуль). Вы увидите классические переходные искажения.

Теперь присоедините правый конец резистора 100 кОм к выходу пушпульной схемы, как на рис. 3.21 в тексте книги, и снова посмотрите этот выход осциллографом. Переходные искажения будут убраны. Если так, то как должен выглядеть сигнал на выходе ОУ? Посмотрите.

Лабораторная работа 8. ОУ 2

А^атернал для чтения; разд. 3.11 -3.19, стр. 173-208, т. 1.

Задачи в тексте; дополнительные упражнения 1-4, 6, 7; негодные схемы а, е. 8.1. Ограничения, свойственные ОУ. 1. Скорость нарастания. Начнем с измерения скорости нарастания с помощью схемы 8.1.

Входной сигнап

ID КОМ

Рис. 8.1. Схема измерения скорости нарастания. Последовательный резистор предотвращает повреждение в случае выхода входного сигнала за пределы напряжения питания.

а) Подайте на вход прямоугольные импульсы с частотой около 1 кГц и посмотрите на осциллографе выходной сигнал. Оценив крутизну переходных участков, определите скорость нарастания. Посмотрите, что происходит прн изменении амплитуды входного сигнала.

б) Подайте на вход синусоидальные колебания и отметьте частоту, прн которой начинается падение амплитуды выходного сигнала прн уровне входного сигнала, скажем, 10 В на период. Озответствуют ли ваши измерения результатам п.(а)>

Теперь вернемся назад и сделаем те же два измерения, заменив 741 на 355 (то же засположение выводов). У 741 обозначена обычная скорость нарастания около 0,5 3/мкс, у 355-5 В/мкс. Совпадает ли это с измеренными вами значениями?

2. Напряжение сдвига. Соберите неинвертирующий усилитель с усилением 1000 по схеме рис. 8.2. Измерьте напряжение сдвига, используя сам усилитель для усиления сдвига входного сигнала до измеряемого уровня . Замечание: тщательно продумайте, как поступить с входным выводом, чтобы вас не запутало действие входного тока смещения, который обычно бывает около 0,08 мкА. Сравните полученные вами результаты с цифрами спецификаций: /сдв=2 мВ (обычн.), 6 мВ (макс).

Выход

100 Ом 100 ОМ

Рнс. 8.2. Схема измерения сдвига.

Рис. 8.3. Цепь подстройки нуля сдвига 741.

3. Подстройка сдвига. Настройте сдвиг напряжения на нуль, пользуясь рекомендованной для этой цели цепью (рис. 8.3).

4. Ток смещения. Теперь ослабьте связь входа с землей по сравнению с той, которую вы использовали в пункте 2, с целью измерить ток смещения. Объясните, каким образом входной резистор 100 кОм позволяет это сделать. Теперь сравните ваши данные со спецификацией: /см=0,08 мкА (обычн.), 0,5 мкА (макс).

5. Ток сдвига. Перестройте схему теперь таким образом, чтобы оба входных вывода ОУ были последовательно включены с сопротивлениями 100 кОм, а общий коэффициент усиления по напряжению всей схемы ие изменился. Это потребует размышлений (указание: придется где-то добавить один резистор). После того как вы это сделаете, действие тока смещения будет компенсировано, и останется только ток сдвига, т. е. разность между токами смешения на двух входах ОУ, который можно рассматривать как остаточную ошибку. Измерьте /сдв (ток сдвига), посмотрев остаточный уровень напряжения постоянного тока на выходе; сравните со спецификацией: /сдв=0,02 мкА (обычн.), 0,2 мкА (макс).

8.2. Активный выпрямитель. Соберите активный выпрямитель по схеме рис. 8.4 (в тексте рис 3.24). Заметьте, что выходной сигнал этой схемы снимается не с выхода

1N914

Рис. 8.4. Активный одиополупериодный выпрямитель.

ОУ. Испытайте ее при медленных входных синусоидальных колебаниях, например, J00 Гц. Внимательно посмотрите иа выход: что вызывает мерцания ? Дайте объяснение наблюдениям. Что произойдет при более высоких частотах входного сигнала? Поставьте в схему 355. Как улучшатся параметры?

Поставив между входом и землей 100 кОм,- Прим, ред.

8.3. Улучшенный активный выпрямитель. В последнем задании иместо решения воп-проса влоб (применение ОУ с высокой скоростью нарастаиня) можно нспользоваь более хитроумное схемное решение (рис. 8.5). Объясните, каким образом это улучшает характеристики.

10 КОМ

10 ком

выход

50 ком

tN914

Рис. 8.5. Улучшенный активный одно-полупериодный выпрямитель.

3.3 кОм

Рис. тель.

8,6. Активный ограничн-

8.4. Активный ограничитель. Испробуйте схему ограничения на ОУ (рнс. 8.6.) (Снова заметьте, что выходной сигнал схемы снимается не с выхода ОУ; каково значение этого факта с точки зрения выходного полного сопротивления?). Возбудите схему синусоидальными колебаниями 1 кГц, наблюдая выходной сигнал. Что произойдет на более высоких частотах? Почему?

Переверните диод. Что должно случиться?

8.5. Интегратор. Соберите активный интегратор по схеме рис. 8.7 (в тексте рис. 3.44,в) Возбудите его прямоугольными импульсами с частотой 1 кГц. Эта схема чувствительна к малым смещениям постоянного тока входного сигнала (коэффициент усиления

10 МОм

Рис. 8.7. Интегратор.

на постоянном токе у этой схемы равен 100); если окажется, что при напряжении, близком к питанию 15 В, выходной сигнал приходит в насыщение, то вы, возможно, должны отрегулировать у генератора положение ручкн управления сдвнг . По значениям параметров элементов предскажите амплитуду треугольного импульса от пика до пнка у выходного сигнала, который получится при входном сигнале в виде прямоугольных импульсов частотой 500 Гц н с полным размахом 2 В. Теперь на практике убедитесь в правдивости ваших расчетов.

Какова роль резистора 10 МОм? Что случится, если его убрать? Попробуйте это сделать. Теперь поразвлекайтесь со сдвигом по постоянному току генератора - и вы получите от этой схемы хотя и не значение интеграла, зато хорошее настроение! 8.6. Дифференциатор. Схема иа рнс. 8.8 есть активный дифференциатор. Попробуйте возбудить его треугольными импульсами с частотой 1 кГц. Замечание: неустойчивость

100 ПФ

им О.Шмкф]

100 КОм

Рис. 8.8. Дифференциатор.

есть неотъемлемое свойство дифференциаторов, поскольку истинный дифференциатор ] мел бы подъем характеристики 6 дБ/октава (20/декада); а это, как объяснено в разд. 3 33, грубо нарушает критерий устойчивости для усилителя с обратной связью. Чтобы эту трудность обойти, на входе традиционно ставят последовательный резистор, а параллельно резистору обратной связи - конденсатор; это превращает на высоких частотах Дифференциатор в интегратор.

Лабораторная работа 9. ОУ 3

Материал для чтения: разд. 3 20 - конец главы, стр. 210-247; разд. 4 03, стр, 252-254, т. 1.

Задачи в тексте; дополнительное упражнение 5; негодные схемы з, и, л. 9.1. ОУ с однополюсным питанием. Сдвоенный ОУ 358 (также доступный в виде счетверенного -ОУ 325) может работать, как и любой другой ОУ.при + = =+15 В, fy =-15 В; но он также может работать при (7 =земля, поскольку рабочий входной диапазон по синфазному сигналу включает значение Оа выходной сигнал монсет иметь полный pasMiax до U.

1, 11Увствительный mbwsip

2,5к0м

ст D доЮОмВ

Авометр J 0-IOB

А

Р7 S 1о5

Рис 9.1, Одношкальный милливольтметр с одиночным источником питания.

Проверьте это, собрав схему чувствительного вольтметра (рис. 9. 1), У нее весь диапазон 0,1 В, и она представляет собой просто неинвертирующий усилитель постоянного тока с коэффициентом усиления 100. Проверьте, что она работает как надо

Теперь попробуйте сделать то же самое с 741 или 355 (помните, что у них расположение выводов другое). Проверьте, что при U= земля схема работать не буДет, а при обычном -15 В работает нормально.

9.2. Компаратор. Попробуйте использовать 741 в качестве компаратора, как показано на рис. 9.2. Возбуждайте его синусоидальными колебаниями из диапазона частот

Рис. 9.2. Простые компараторы. Номера выводов указаны для корпусов мини-DIP н ТО-5; неудобные четырнадцати выводные DIP имеют другое расположение выводов.