1-10 кГц и наблюдайте на выходе прямоугольный импульс (как правило, неудовлетворительный). Какое из ограничений ОУ вызывает эти трудности?

Теперь подставьте в схему ИМС компаратора 311. Как улучшатся характеристики? Видите ли вы какие-нибудь проявления колебаний, которыми известен ЗП? 9.3. Триггер Шмнтта. Соберите схему триггера Шмитта (рис. 9.3) и предскажите значения порогов срабатывания.

а) Подайте синусоидальное возбуждение. Вы увидите, что пороги срабатывания для синусоидальных колебаний соответствуют некоторой критической амплитуде. Объясните это. Измерьте гистерезис. Посмотрите на быстрые переключения на вы-1ходе, не зависящие от вида колебаний на входе или их частоты. Посмотрите на оба входных вывода компаратора- что случилось с Золотым правилом 1?

J0 нОм

10 нОм

0,01 мкф

100 ком

10 кОм

Рис. 9.3. Триггер Шмитта.

Рис. 9.4. Релаксационный /?С-генератор

б) Присоедините вывод ЗЕМЛЯ 311 (вывод 1) к уровню -15 В и посмотрите выходной сигнал. Какова в действительности функция вывода ЗЕМЛЯ ? Насхеме, вадаваемой изготовителем (см., напр , справочник National Semiconductor Linear Date Воок ), ow показан как эмиттер выходного ири-транзистора с открытым коллектором, работающего как насыщаемый ключ.

в) Теперь соедините вход с выводом /?С-цепью, как показано на рис. 9.4 Что произойдет? Посмотрите выход, а потом посмотрите суммирующую точку X. Опять же, как насчет Золотого правила Р Заметьте, что входа у этой схемы нет. Можно ли предсказать частоту колебаний?

9.4. Преобразователь отрицательного полного сопротивления. Соберите преобразователь отрицательного полного сопротивления по схеме рис. 9.5 (в тексте рис. 3 84). Каким будет его входное полное сопротивление?

Теперь используйте нижний отвод делителя напряжения , как показано на рисунке. Какой будет коэффициент усиления? Испытайте схему синусоидальными колебаниями 1 кГц, скажем, 1 В от пика к пику, и посмотрите, что будет на выходе. Потом попробуйте вместо резистора 15 кОм вставить 11 кОм или 12 кОм Такой метод усиления используется в телефонии для усиления сигналов, идущих в разные стороны по одной и той же линии.

Заметьте, что перестановка двух входов ОУ также ведет к синтезу -10 кОм. Разница в том, что в данной схеме устойчивость обеспечивается при полном сопротивлении источника возбуждения только большем 10 кОм, в то время как у ПОПС с переставленными входами - лишь при полных сопротивлениях источника возбуждения, меньших 10 кОм Можете развлечься сборкой этого второго варианта, а потом розбуждением его от источника переменного напряжения (несколько вольт постоянною тока), замеряя ток входного сигнала. Чего молено ожидать, считая, что вход этого ПОПС будет вести себя в точности, как резистор -10 кОм?

10 иОм

Входной сигнал

+ f5 кОм

-10 кОм

Выход

рис. 9.5, Преобразователь отрицательного полного сопротивления.

Лабораторная работа 10. Генераторы

Материал для чтения: гл. 4 (для этой работы важны только разд. 4.11-4.16, стр. 270-278, т. 1. Первую часть этой главы прочтите только для общего развития),

Задачи 4.4 и 4.5 в тексте; дополнительные упражнения 3, 4. 10.1 ИМС релаксационного генератора. Соберите классическую схему релаксационного генератора на 555 (рис. 10.1). Посмотрите выходной сигнал. Правильно ли пред-

г,7к0м

Рис. 10.1. Релаксационный генератор иа 555.

12к0м

Рнс. 10.2. Генератор пилообразных колебаний на 555.

сказана частота формулой Т=0,693 (Ra-I-Rb), выведенной в упражнении 1.5? Посмотрите форму колебаний на конденсаторе. Какие у нее крайние уровни напряже-1 ия? Почему?

Замкните накоротко Rb. Что будет на конденсаторе? А на выходе?

Восстановите /?б=10 кОм и замените Ra резистором 470 Ом. Что будет на конденсаторе? На выходе?

Наконец, испробуйте 1/кк=+5 В, чтобы увидеть, насколько частота выходного сигнала зависит от напряжения питания,

10.2 Генератор пилообразных колебаний. Сделайте генератор пилообразных колебаний, заменив Ra и Rb источником тока, как на рис. 10.2 (и в дополнительном упраж.

Генераторы

ненин 3). Посмотрите форму колебаний иа конденсаторе (пользуйтесь щупом (пробником) 10Х осциллографа). Предскажите, какой должна быть частота. Проверьте. Как будут выглядеть колебания на выходе (вывод 3)?

10.3. Генератор треугольных импульсов. Используйте 555 для генерации треугольных импульсов, как предложено на рис. 10,3 (в тексте рис. 4.33). В качестве источни-

+ 15 В

0,1 мнФ 4=

!П 914

Рнс. 10.3. Генератор треугольных импульсов иа 555.

ка тока 1 мА используйте ту же схему, что и в предыдущей работе; в качестве приемника тока 2 мА используйте 2N3904 {прп) с эмиттерным резистором 1 кОм и аналогичным делителем напряжения базы. Наконец, посмотрите колебания на конденсаторе 0,1 мкФ, используя щуп 10Х осциллографа.

10.4. Генератор, управляемый напряжением. Испытайте оригинальный ГУН 556 (рис. 10.4). По спецификации минимальный диапазон частот 10 ! 1, если управляю-

220 2,51\0м У.ЗкОм

+ 15

0,1 мкФ =i= ~

выход трг-

угольных импрьсов

Рис. 10.4. ГУН 566.

щее напряжение приложено указанным образом. Частота выходного сигнала пропорциональна напряжению между модулирующим входом и положительным питанием, при максимуме частоты, отвечающем значению /мод=0Д56кК Полный диапазон частот устанавливается резистором на выводе 6 н конденсатором на выводе 7. 10.5. Мостовой генератор Вина. Довольно любопытно, что одна из наиболее трудных для iC-генераторов форма колебаний - это синусоида. В схеме мостового генератора Вина эта цель достигается уменьшением прямого усиления с помощью амплитудно-зависимого сопротивления (миниатюрная лампа 1869, рассчитанная на 10 В, 14 мА) до таких значений, при которых еще присутствуют колебания. Соберите эту схему

(рис. 10.5) и посмотрите форму выходного сигнала. Относительно просто показать, что ослабление в С-цепи от выхода к неинвертируюшел!у входу есть точно 1/3 при /=1/2я RC с нулевым сдвигом фазы (посмотрите, можете ли вы это вывести). Теперь

Ла1лпа

Выхор

R с 10 ком 0,01 МкФ

Рис. 10.5. Мостовой генератор Вина-

посмотрите сигнал на входе ОУ, чтобы проверить, правильно ли было ваше предсказание. Уменьшение R ведет к уменьшению амплитуды колебаний, попробуйте уменьшить R на 20%. Обратите внимание на эластичное поведение амплитуды выходного сигнала при прикосновении пальца к неинвертирующему входу. 10.6. Двойной Т-образный фильтр-пробка. Попробуйте собрать двойной Т-образный фильтр-пробку рис. 10.6 (в тексте рис. 4.18). Посчитайте частоту, на которой он будет

1,0 КОМ

1,0 кОм

SXOft

0,01мкФ^ 0,01 мкф

0,01 мкФ

0,01 мкФ гТом-d?

1,0 кОм

1,0 кОм

X х

Рис. 10.6. Двойной Т-рбразныйфильгр-пробка.

иметь нуль. Испытайте его синусоидальными колебаниями с частотами из диапазона 100 кГц. Может быть, придется слегка подстроить один из элементов (например, резистор 1 кОм), чтобы получить совершенный нуль. Запомните, что полностью запулить выходной сигнал вам не удастся, поскольку генератор дает искажения на частотах, крагных рабочей ( гармонические искажения ). После того как вы занулите основную частоту насколько возможно, тщательно подстраивая генератор и элементы фильтра, вы увидите эти искажения (т. е. несинусоидальные компоненты) генератора.

Чтобы понять, как подобная простая /?С-цепь может давать бесконечное ослабление, разомкните соединения и вставьте пару резисторов 22 Ом там, где показано на рисунке пунктиром. Потом по двум каналам осциллографа посмотрите сигналы в точках Л и 5. Малые резисторы дают возможность увидеть токи в плечах фильтра почти при коротком замыкании. По мере приближения к частоте заграждения видно, что эти токи становятся равными по величине и противоположными по знаку, что и приводит к гашению выходного сигнала в двойной Т-образной схеме.

Лабораторная работа И. Источники питаьг.я

Л^атериал для чтения, разд. 5.01-5.06. 5.10-5.12, 5.15-5 18, стр. 285-297, 306-310, 325-332, т. 1.

Задачи в тексте; дополнительные упражнения; негодные схемы.

Стабилизатор на -}-5 В на дискретных компонентах, а) Постройте стабилизатор на +5 В по схеме рис. 11.1 (в тексте рис. 2.73). Посмотрите, как меняется t/вых при

и

ВЫХ

£

0,01 МКФ

-о-----1

: 0,1 МКФ

f- -! 2500 ОМ

Y I

I Г

1N749

Стабилитрон 4,3 В

Рис. 11.1. Дискретный последовательный стабилизатор на +5 В, Конденсаторы нужны для предупреждения колебаний.

изменении t/jjx от О ДО +20 В (используйте стабилизированный источник с регулируемым напряжением). В качестве переменной нагрузки используйте потенциометр 2,5 кО\1 и проследите, как это влияет на Свых- Каков будет максимум входного тока /макс? Измерьте его. Потратьте некоторое время на изучение схемы стабилизатора, чтобы убедиться, что работа каждого его элемента вам понятна.

б) СуществЛной характеристикой стабилизатора является его способность подавлять входные пульсации. Чтобы проверить это свойство, включите трансформатор накала переменного тока 6,3 В последовать ьно с регулируемым источником питания постоянного тока, как показано на рнс. 11 j. Резистор 33 0м и диод добавлены для

Стабилизир.

11СТ0ЧНИК

0-20 В

33 6,3 в срвдняА точка

-С

стабили^ затору)

НОВ перем, тока

Рис.11.2. Схема измерения подавления пульсаций. Отметьте соединение в средней точке для получения напряжения переменного тока 3,2 В.

предотвращения повреждения в случае замыкания {Увх а землю; такой тип соединений, если большое напряжение окажется приложенным к выходу прибора, мон^ет легко вывести схему из строя. Проверьте эту испытательную схему,подсоединив резистор 2,2 кОм к земле в виде нагрузки и наблюдая за видом выходного сигнала (постоянный ток плюс пульсации 60 Гц), Заметьте, что входное напряжение постоянного

тока должно быть по крайней мере 12-14 В, чтобы минимальное напряжение было не меньше напряжения выпадения стабилизатора. Теперь установите напряжение питания -}-15 В, присоедините схему стабилизатора и измерьте пульсации напряжения на входе и на выходе схемы стабилизатора. Каков коэффициент подавления пульсаций?

11.2. Стабилизатор 723. Эта маленькая ИМС делает все то, что делала предыдущая схема, и делает это лучше. Соберите стабилизатор по схеме рис. 11.3 (подобный рис.

БЫХ

Рис. 11.3. Стабилизатор положительного напряжения 5 В на 723.

5.4 в тексте). Подключите источник питания О-20 В к t/g (трансформатор 6,3 В отключите, ио в схеме его можно оставить). Измерьте t/вых и его изменение с нагрузкой и <Увх (которое называется линией ). По сравнению с предыдущей схемой полученные вами характеристики должны быть превосходны.

Подключите трансформатор 6,3 В переменного тока и измерьте подавление пульсаций, обеспечив достаточное входное напряжение постоянного тока. Переведите отношение подавления пульсаций в децибелы и сравните со спецификацией 723 в табл. 5.8 иа стр. 328, т. 1. Для этих двух схем и для предыдущей подсчитайте рассеиваемую мощность при {7вх=20 В и закороченном на землю выходе. 11.3. Трехвыводной фиксированный стабилизатор. Хотя трехвыводной стабилизатор 7805 не обладает превосходными характеристиками 723, применять его намного

Внимание!

ч

+ 5 в 150 Ом

78U5

cot МКФ

2,5 КОм

Выход

ВХОД ЩЩ ТО91

Рис. 11,4. Трехвыводной фиксированный стабилизатор 5 В,

легче. Соберите схему рис. 11.4, в которой используется ИМС с малым током 78L05, и испытайте ее. Уменьшайте входное постоянное напряжение, пока не нарушится

; стабилизация (отключите пульсации!). Каково напряжение выпадения? Сравните гго со спецификацией из табл. 5.7 (стр. 326, т. 1).

Как и раньше, измерьте степень подавления пульсаций. Сравните ее со спецнфи-

t кацией (табл. 5.7). Отметьте эффект выпадения при уменьшении входного постоянного напряжения при сохранении амплитуды пульсаций. Какие это накладывает ограничения на нестабнлизнрованное напряжение, приложенное к такому стабилизатору? 11.4. Трехвыводной регулируемый стабилизатор. Этот вид стабилизатора особенно удобен, поскольку хорошо регулируется (надо только иметь его в запасе) и легок в употреблении. Соберите схему рис. 11.5. Возьмите i?-750 Ом; каким должно быть вых? Измерьте его.

4,7 миф:

317 Вхоц выход

Per.

;4,7 МКФ

Корпус ТО-39

Рис. 11.5. Трехвыводной регулируемый стабилизатор положительного напряжения.

Замените R потенциометром 2,5 кОм и проверьте параметры 317 как регулируемого стабилизатора. Каково минимальное выходное напряжение (i?=0)?

В этой и в предыдущей схеме закорачивание выхода вызовет внутреннее ограничение тока до значений, обеспечивающих безопасную для маломощных корпусов без теплоотводов величину рассеяния мощности. Эти стабилизаторы отличаются встроенной защитой безопасной области работы и тепловым отключением , другими словами, если вы вызовете перегрев чипа, то он скорее отключится, чем сгорит. Можете попробовать, если смелости хватит!

11.5. Трехвыводной стабилизатор как источник тока. У 317 между выводами Вых и Per поддерживается напряжение 1,25 В при очень низком токе на выводе Per. Это

4,7 мкФ

Вход Выход Per.

0-Ш мА

2.5 кОм^

Рис. 11.6. Простой источник тока, построенный на трехвыводном стабилизаторе.

источник тока для бедных (рис. 11.6). Испытайте его. Каким будет выходной ток? Проверьте его постоянство при изменении сопротивления нагрузки. Как работает эта схема? Что ограничивает ее диапазон при очень низких и очень высоких токах?

Лабораторная работа 12. Полевые транзисторы 1

Материал для чтения: разд. 6.01-6.11 (6.07, 6.09 не обязательно), стр. 362-389, т. 1.

Задачи в тексте; негодные схемы, а, в, д, ж, з, и.

12.1. Характеристики ПТ, Измерьте /с на-- и ( пороговое напряжение затвора-{7отс Д'я ПТ с р/г-переходом) для двух или трех образцов 2N5485. Проверьте соблюдение соотношения между /си (Узи, показанного на кривой рис. 6.9 в тексте. От-fseTbTC разброс параметров даже в одной серии. Проверьте, попадают ли ваши значения в назначенный максима^}д,ный диапазон:

4 мА</с(,ач<10 мА, -4 В<(;п<-0,5 В.

12.2. ПТ - источник тока. Насколько этот источник хорош? Исследуйте нижнюю границу рабочего диапазона. При каком значении (Уси начинает портиться постоян-

15

(диапазон Ю мА)

100 ш

0,0] мкФ

Рис. 12.1. Испытательная схема для ПТ. Постройте график зависимости /с от U

ство тока? Это обозначает границу линейного участка и должно случаться при значениях {/си около -Un; попробуйте для проверки этого утверждения разные ПТ*. Можете ли вы представить себе, каким образом ПТ можно использовать в качестве двухвыводного источника тока (т. е. не требующего внешнего смещения)?

+ 15

50 кОм

Авометр (диапазон i wA]

5,Б кОм

Рис. 12,2. ПТ - источник тока.

2.3. Истоковый повторитель, а) Истоковый повторитель, изображенный на рис. 12.3, возбуждайте малыми синусоидальными колебаниями частотой 1 кГц. Внимательно наблюдайте входной и выходной сигналы, чтобы заметить, насколько коэффициент

усиления отличается от единицы. Почему? Какой максимальный сигнал можно получить на выходе без искажения? Что является ограничивающим фактором?

Вход -

1 МОМ

+ 15

Выи ft

Рис. 12.3. Истоковый повторитель.

б) Модифицируйте схему, включив в качестве нагрузки источник тока, какпс..;-зано на рис. 12.4. Вы увидите', что такая схема является намного лучшим повторителем. Измерьте сдвиг по постоянному току; поменяйте местами ПТ и измерьте снова. Результаты объясните. Измерьте коэффициент усиления для сигнала 1 кГц, 1 В (он должен быть равен почти 1,0!). Попробуйте измерить входное полное сопротивление.

10 кОм

г1\1585

4Л КОМ

Рис. 12.4. Истоковый повторитель с нагрузкой - источником тока.

в) Испытайте эгу н^е схему со сдвоенным ПТ 2N3958 (рис. 12.5). Каков будет сдвиг у этого повторителя? Удовлетворяет ли он специфированной границе 25 мВ?

Рис. 12.5. Согласованный двойной ПТ 2N3958. Корпус с шестью выводами легче вставить в монтажную плату, чем два корпуса с тремя выводами (отгибая центральный вывод).

12.4. Усилитель с коэффициентом усиления, управляемым напряжением, а) Соберите схему рис. 12.6. Используйте малый сигнал (<50 мВ) частоты 1 кГц. Измерьте коэффициент усиления при нескольких значениях управляющего напряжения; вы сможете менять его от -+-1 до +400. Насколько большой сигнал можно усиливать этой схемой без грубых искажений (проверьте это при нескольких значениях коэф-

фициента усиления)? Найдите соответствующие значения С/си и объясните причину искажений и их приблизительную форму.

б) Теперь испробуйте улучшение, показанное на рис. 12.7, где действие t/си на сопротивление канала исключается хитрым приемом. Объяснение см. в разд. 6.10 (стр. 387). Вы должны увидеть колоссальное улучшение характеристик.

0,1 МКФ

Т

100 ком

50 лом

100 hO

-1 ЮнОм

2N585

1 MOM

Рис. 12.6. Усилитель с коэффициентом усиления, управляемым напряжением.

0,01 МкФ

п

МОМ

1 МОМ

Рис. 12.7. Схема для борьбы с искажениями, вносимыми действием f/си-(См. рис.6.30 в тексте.)

12.5. Автоматическая регулировка усиления. Усилитель, управляемый напряжением, который вы только что построили, является основой для схемы автоматической регулировки усиления (АРУ), изображенной на рис. 12.8. АРУ широко применяется в

0,1М1<Ф г-Выход

Вход 10Q нОм

VMOM

100 ком

1 кОм

Рис. 12.8. Схема с автоматической регулировкой усиления.

радио- и акустической аппаратуре для приведения сигнала неизвестного или переменного уровня к некоторым стандартным значениям. Как пример можно вспомнить автоматическое управление уровнем в некоторых магнитофонах.

АРУ состоит из усилителя, управляемого напряжением, возбуждающего пиковый детектор, и интегрирующей цепи с постоянной времени затухания, намного большей периода входного сигнала. Проинтегрированное напряжение, которое на диодный перепад ниже уровня выходного сигнала с отрицательной полярностью, усиливается вторым ОУ и подается обратно на вход управления усилением первого усилителя. Таким образом, коэффициент усиления регулируется до тех пределов, пока пиковое напряжение выходного сигнала не станет порядка одного диодного перепада, что является постоянным уровнем.