11.03.04 Методика лаб работ по Схемотехнике напр Электроника и наноэлектроника 2015 2


Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Р. Е. АЛЕКСЕЕВА»
(НГТУ)
Институт
Радиоэлектроники и информационных технологий
Кафедра
Электроника и сети ЭВМ
Методические указания
по выполнению лабораторных работ
по дисциплине «Схемотехника»
Направление подготовки
11.03.04 Электроника и наноэлектроника
Профиль подготовки
Нанотехнология в электронике
Уровень высшего образования
БакалавриатФорма обучения
Очная
Нижний Новгород
2015
Разработчик(и)/составитель(и) методических указаний по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Схемотехника»:
Доцент, к.т.н. Пособилов Н.Е.
Кафедра Электроника и сети ЭВМ
наименование кафедры
Дата, подпись ______________________
Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Схемотехника» рассмотрены на заседании кафедры
Электроника и сети ЭВМ
наименование кафедры
Протокол №от «»20г.
Заведующий кафедрой профессор, д. т. н. Милов В.Р.
ученое звание, степень фамилия, имя, отчество
Дата, подпись ______________________
Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Схемотехника» утверждены Ученым советом образовательно-научного института «Радиоэлектроники и информационных технологий»
Протокол №__ от «___»_______20г.
Введение
Лабораторные занятия – это одна из разновидностей практического занятия, являющаяся эффективной формой учебных занятий в организации высшего образования.
Лабораторные занятия дают наглядное представление об изучаемых явлениях и процессах, студенты осваивают постановку и ведение эксперимента, учатся умению наблюдать, оценивать полученные результаты, делать выводы и обобщения. Лабораторные занятия проводятся в составе академической группы с разделением на подгруппы.
Лабораторные занятия, как и другие виды практических занятий, являются средним звеном между углубленной теоретической работой обучающихся на лекциях, семинарах и применением знаний на практике. Эти занятия удачно сочетают элементы теоретического исследования и практической работы.
Проведением лабораторных занятий со студентами достигаются следующие цели:
– углубление и закрепление знания теоретического курса путем практического изучения в лабораторных условиях изложенных в лекциях законов и положений;
– приобретение навыков в научном экспериментировании, анализе полученных результатов;
– формирование первичных навыков организации, планирования и проведения научных исследований.
Методические указания содержат методику построения, моделирование электронных устройств и исследования параметров принципиальных схем логических элементов, с использованием программного обеспечения системы моделирования электронных схем Micro-Cap 8 следующих лабораторных работ:
1. Построение принципиальных электрических схем .
2. Измерение статических параметров логических элементов транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).
3. Измерение статических параметров логических элементов эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ).
.  Исследование переходных процессовв дифференцирующих и интегрирующих RC- цепях.
. Операционные усилители(ОУ) в схемотехнике.
Схемотехника преобразовательных устройств.
Выполняемые лабораторные работы позволяют глубже усвоить материал, полученный студентами на лекциях по утройству и принципах работы принципиальных схем электронных устройств. Освоить программную систему компьютерного моделирования схем и приборов электроники Micro-cap 8.
Студенты должны;
- пройти инструктаж по технике безопасности:
– строго выполнять весь объем самостоятельной подготовки, указанный в описаниях соответствующих лабораторных работ. Проверка готовности студентов проводится преподавателем;
– знать, что после выполнения работы студент должен представить отчет о проделанной работе с обсуждением полученных результатов и выводов. По результатам собеседования студенту выставляется оценка.
Лабораторные работы выполняются на персональном компьютере с использованием системы компьютерного моделирования Micro-Cap 8.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 
1.1. Система моделирования электронных схем Micro-Cap 8
 
1.1.1. Общие сведения о системе
В данной методике приведены сведения о системе Micro-Cap 8 в объеме, необходимом для выполнения лабораторных работ. Более подробные сведения о ней приведены в [1]. Miсго-Сap 8 предназначена для построения, моделирования и анализа электронных схем, включающих: резисторы, конденсаторы, индуктивности, диоды, различные транзисторы, операционные усилители, переключатели, трансформаторы, логические элементы, сложные электронные схемы и др. 1.1.2. Система экрана Miсro-Cap 8
Miсro-Cap 8 (далее MC8) представляет собой единую программную среду. Интерфейс программы является стандартным для программы ОС Windows.
Вид главного окна программы МС8 представлен на рис.1.1.

Рис. 1.1. Главное окно программы МС8
В основном все команды можно вызвать через меню, часть найболее употребимых выведена на панели(рис.1.2) в виде ярлычков(пиктограмм). Кроме того, многие команды можно вызвать “горячими клавишами”.

 

 
Рис. 1.2. Найболее часто используемые элементы верхней панели
 
1.2. Построение принципиальных схем с использованием МС8
 
1.2.1. Для исследования электронной схемы необходимо нарисовать ее в рабочем окне.
12.2. Нарисуем, например(рис.1.3), электрическую принципиальную схему логического элемента транзисторно-транзисторной логики(ТТЛ).
1.2.3. На верхней панели(рис.1.2) выбрать стрелкой мыши ярлычок с обозначением необходимого элемента(например, резистора) и нажать левую кнопку мыши на выбранном элементе. Перевести стрелку мыши в рабочее поле в место предполагаемого построения схемы. Нажать левую кнопку мыши и, удерживая ее в нажатом состоянии, можно перемещать компонент по рабочему полю. Если неустраивает ориентация компонента, то, не отпуская левую кнопку, нажать правую кнопку .мыши. При каждом нажатии компонент будет поворачиваться на 90 град. После того как компонент будет установлен в нужное место схемы, отпустить левую кнопку мыши, появится окно установки параметров резистора(рис.1.4). Нажать левой кнопкой мыши на атрибут PART(имя), и произойдет выделение данной строки.и в окне Значение записать выражение R1.
 
 
 
 

 
Рис. 1.3. Принципиальная схема логического элемента ТТЛ


Рис. 1.4. Окно задания параметров резистора
 
Нажать левой кнопкой мыши на атрибут VALUE (значение-величина сопротивления), произойдет выделение данной строки. в окне Значение записать значение 4К(четыре килоОма). Нажать кнопку ОК, и указанные параметры будут присвоены выбранному резитору на схеме. Аналогичным образом установить в соответствующих местах рабочего поля остальные резисторы: R2 2K, R3 1K,R4 130(сто тридцать Ом).
1.2.4 На верхней панели(рис.1.2) выбрать стрелкой мыши ярлычок с обозначением диода и нажать левую кнопку мыши на выбранном элементе. Перевести стрелку мыши в рабочее поле в место предполагаемого построения схемы. Нажав левую кнопку мыши и удерживая ее в нажатом состоянии, можно перемещать компонент по рабочему полю. Если неустраивает ориентация компонента, то, не отпуская левую кнопку, нажать правую кнопку "мыши". При каждом нажатии компонент будет поворачиваться на 90 град. После того как компонент будет установлен в нужное место схемы, отпустить левую кнопку "мыши", появится окно установки параметров диода(рис.1.5).
 

 
Рис. 1.5. Окно установки параметров диода
Нажать левой кнопкой мыши на атрибут PART, произойдет выделение данной строки. В окне Значение записать значение D1. Нажать левой кнопкой мыши на атрибут MODEL (имя модели или описание модели компонента), произойдет выделение данной строки. В окне If vs.Vf выделить имя модели диода 1N3491 и это имя установится в окнах Значение и MODEL. ). Нажать кнопку ОК, и указанные параметры будут присвоены выбранному диоду на схеме. Аналогичным образом установить в соответствующем месте рабочего поля диод D2, модель которого соответствует D1.
1.2.5 На верхней панели (рис.1.2) выбрать стрелкой мыши ярлычок с обозначением биполярного транзистора и нажать левую кнопку мыши на выбранном элементе. Перевести стрелку мыши в рабочее поле в место предполагаемого построения схемы. Нажав левую кнопку мыши и удерживая ее в нажатом состоянии, можно перемещать компонент по рабочему полю. Если неустраивает ориентация компонента, то, не отпуская левую кнопку, нажать правую кнопку "мыши". При каждом нажатии компонент будет поворачиваться на 90 град. После того как компонент будет установлен в нужное место схемы, отпустить левую кнопку "мыши", появится окно установки параметров биполярного транзистора (рис.1.6). Нажать левой кнопкой мыши на атрибут

 
Рис. 1.6. Окно установки параметров биполярного транзистора
PART, произойдет выделение данной строки  В окне Значение записать значение Q1. Нажать левой кнопкой мыши на атрибут MODEL, произойдет
выделение данной строки. В окне Is vs.Vse выделить имя модели биполярного транзистора 2N2218, и это имя установится в окнах Значение и MODEL. ). Нажать кнопку ОК, и указанные параметры будут присвоены выбранному биполярному транзистору на схеме. Установить в соответствующих[ местах рабочего поля биполярные транзисторы Q2, Q3, Q4, модели которых соответствуют Q1.
1.2.6. На панели (рис.1.7) выбрать стрелкой мыши источник импульсного напряжения (Pulse Source), выбирая команды в следующей последовательности:
Компоненты-Analog Primitives-Waveform Sources-Pulse Source.-11430049403000
 
 
Рис. 1.7. Схема выбора источника импульсного сигнала
 
После нажатия левой кнопки “мыши” на Pulse Source появляется условное
изображение источника импульсного напряжения (рис.1.8). После нажатия левой кнопки “мыши”на полученный символ на экране появится окно установки параметров импульсного сигнала(рис.1.9).
 


Рис. 1.8. Условное изображение источника импульсного сигнала
 
Нажать левой кнопкой “мыши” на атрибут PART, произойдет выделение данной строки. В окне Значение записать значение V1. Нажать левой кнопкой “мыши” на атрибут MODEL, произойдет выделение данной строки. В окне Voltage vs. Time выделить имя модели IMPULSE, и это имя установится в окнах Значение и MODEL). Нажать кнопку ОК, и указанные параметры будут присвоены выбранному источника импульсного напряжения на схеме.



 
Рис. 1.9. Окно установки параметров источника импульсного сигнала
 
1.2.7. Установить в соответствующем месте рабочего поля источник постоянного напряжения V2, для этого необходимо на верхней панели(рис.1.2) выбрать стрелкой мыши ярлычок с обозначением Батарея(источник напряжения) и нажать левую кнопку мыши на выбранном элементе.


 
 
Рис. 1.10. Окно установки параметров источника постоянного напряжения
 
Перевести стрелку мыши в рабочее поле в место предполагаемого построения схемы. Нажав левую кнопку мыши и удерживая ее в нажатом состоянии, можно перемещать компонент по рабочему полю. Если неустраивает ориентация компонента, то, не отпуская левую кнопку, нажать правую кнопку "мыши". При каждом нажатии компонент будет поворачиваться на 90 град. После того как компонент будет установлен в нужное место схемы, отпустить левую кнопку "мыши", появится окно установки параметров резистора (рис.1.10). Нажать левой кнопкой мыши на атрибут PART(имя), и произойдет выделение данной строки. В окне Значение записать V2. Нажать левой кнопкой мыши на атрибут VALUE (значение-величина напряжения), произойдет выделение данной строки и, в окне Значение записать значение 5(пять вольт). Нажать кнопку ОК, и указанные параметры будут присвоены выбранному резистору на схеме.
1.2.8 Поместить на свое место в схеме элемент Земля (). 
Таким образом, завершено построение электрической принципиальной схемы логического элемента ТТЛ.
 2. Лабораторная работа 1. Построение принципиальных электрических схем
2.1. Цель работы. Обучение студентов методам построения принципиальных электрических схем на персональных ЭВМ с использованием системы моделирования электронных схем Micro-Cap 8.
Методика выполнения лабораторной работы
 
Каждый студент получает индивидуально принципиальную электрическую схему.
2.2.1. Включить ЭВМ.
2.2.2. Выбрать дисковод D.
2.2 3. Открыть папку MC8, на экране должно появиться изображение(рис.1.1 с незаполненным рабочим полем).
2.2.4. Построить принципиальную схему по предложенному варианту на экране монитора в соответствии с приведенной выше (раздел 1.3) методикой.
 
2.3. Отчет о выполнении лабораторной работы
 
Отчет по лабораторной работе в письменной или печатной форме не составляется. Студенты при защите лабораторной работы должны показать свое умение строить электрические принципиальные схемы на персональном компьютере с использованием системы МС8.
 
 
 
 
 
3. Лабораторная работа 2. Измерение статических параметров логических элементов транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ)
3.1. Цель работы. Измерение статических параметров ЛЭ ТТЛ с использованием системы программного обеспечения Micro-Сap8
3.2. Методика выполнения лабораторной работы
3.2.1. Включить ЭВМ.
3.2.2. Выбрать дисковод D.
3.2.3. Открыть программу MC8, на экране должно появиться изображение(рис.1.1 с незаполненным рабочим полем).
3.2.4. Из папки DATA выбрать схему TTL000 (рис.2.1).

 
Рис.2.1. Электрическая принципиальная схема ЛЭ ТТЛ.
 
3.2.5. Выбрать пункт Передаточные характер.по постоянному току меню Анализ. На экране появится окно задания параметров схемы (рис.2.2).
 
 

 
Рис. 2.2. Окно задания параметров схемы ЛЭ ТТЛ
 
3.2.6. Выставить в окне параметры, указанные на рис. 2.2., причем V(1)- напряжение в точке 1(вход схемы), V(7) - напряжение в точке 7(выход схемы). В численных значениях переменных целая часть от дробной отделяется точкой, а максимальная и минимальная величины диапазона разделяются запятой.В окне Диапазон указывается диапазон изменения напряжения в точке 1(3.0,0.0) от 0 до 3В. Передаточная функция, как зависимость выходного напряжения V(7) от входного V(1) задается в нижней строке. X Range задает диапазон изменения величины входного напряжения, а Y Range- диапазон изменения величины выходного напряжения схемы.
3.2.7. Левой кнопкой “мыши” нажать кнопку Запуск, на экране появится передаточная характеристика логического элемента ТТЛ(рис.2.3), где по горизонтальной оси - входное напряжение, по вертикальной – выходное. Перемещая стрелку “мыши” по графику передаточной характеристики, наблюдаем строку из двух чисел, причем первое число указывает на значение входного напряжения, а второе число - на выходное напряжение для данной точки(показано на рис. 2.3). Снять передаточную характеристику ЛЭ ТТЛ.
3.2.8. Составить таблицу, в которой должны быть рассчитаны по передаточной характеристике все основные параметры логического элемента(значение напряжения логических нуля и единицы; порогов переключения; зоны неопределенности; логического перепада; помехоустойчивость к помехам положительной и отрицательной полярностей). Вывести на печать схему электрическую принципиальную(рис.2.1) и передаточную характеристику логического элемента(ЛЭ) ТТЛ(рис. 2.3).
 

 
 
Рис. 2.3. Передаточная характеристика логического элемента ТТЛ.
 
3.2.9. Подготовить отчет, включающий в себя:
- наименование лабораторной работы;
- цель работы;
- распечатку электрической принципиальной схемы ЛЭ ТТЛ (рис.2.1);
- таблицу числовых значений передаточной характеристики ЛЭ ТТЛ;
- распечатку графика передаточной характеристики и показанные на нем все основные параметры ЛЭ ЭСЛ;

3.3. Вопросы для самопроверки
 
3.3.1. Назвать, дать определения основных параметров ЛЭ ТТЛ и показать их на графике передаточной характеристики вых =вх
3.3.2. Уметь рассчитывать величины напряжений и токов в узловых точках схемы.
3.3.3. Знать принцип работы электрической принципиальной схемы ЛЭ ТТЛ.
3.3.4. Показать путь прохождения сигнала на электрической принципиальной схеме ЛЭ ТТЛ от входа к выходу.
.
 
 
 
 
 
4 Лабораторная работа 3. Измерение статических параметров логических элементов эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ)
 
4.1. Цель работы. Измерение статических параметров логических элементов эмиттерно-связанной логики (ЛЭ ЭСЛ) с использованием системы программного обеспечения Micro-CAP8.
4.2. Методика выполнения лабораторной работы
4.2.2. Включить ЭВМ.
4.2.2. Выбрать дисковод D.
4.2.3. Открыть программу MC8, на экране должно появиться изображение (рис.1.1 с незаполненным рабочим полем).
4.2.4. Из папки DATA выбрать схему TTLINVESL4(рис.3.1), причем параметры входного сигнала генератора V1 должны быть выбраны в соответствии с рис 3.2 .
 

 
Рис. 3.1. Электрическая принципиальная схема ЛЭ ЭСЛ.
4.2.5. Выбрать пункт Передаточные характер.по постоянному току меню Анализ. На экране появится окно задания параметров схемы ЛЭ ЭСЛ (рис.3.3).

Рис. 3.2. Окно задания параметров входного сигнала ЛЭ ЭСЛ

Рис. 3.3. Окно задания параметров схемы ЛЭ ЭСЛ
4.2.6. Выставить в окне параметры, указанные на рис. 3.3., причем V(2)- напряжение в точке 2(вход схемы), V(9) - напряжение в точке 9(выход схемы). В численных значениях переменных целая часть от дробной отделяется точкой, а максимальная и минимальная величины диапазона разделяются запятой.В окне Диапазон указывается диапазон изменения напряжения в точке 2(10.0,-10.0) от -10,0В до 10,0В. Передаточная функция, как зависимость выходного напряжения V(9) от входногоV(2) задается в нижней строке. X Range задает диапазон изменения величины входного напряжения (от -10 В до 0), а Y Range- диапазон изменения величины выходного напряжения схемы 9(0.0,-2.0) от -2.0В до 0.
4.2.7. Левой кнопкой “мыши” нажать кнопку Запуск, на экране появится передаточная характеристика логического элемента ЭСЛ(рис.3.3), где по горизонтальной оси - входное напряжение, по вертикальной – выходное. Перемещая стрелку “мыши” по графику передаточной характеристики, наблюдаем строку из двух чисел, причем первое число указывает на значение входного напряжения, а второе число - на выходное напряжение для данной точки(показано на рис. 2.3).
4.2.8. Составить таблицу, в которой должны быть рассчитаны по передаточной характеристике все основные параметры логического элемента ЭCЛ(значение напряжения логических нуля и единицы; порогов переключения; зоны неопределенности; логического перепада; помехоустойчивость к помехам положительной и отрицательной полярностей). Вывести на печать схему электрическую принципиальную и передаточную характеристику логического элемента(ЛЭ ЭСЛ).
4.2.9. Подготовить отчет, включающий в себя:
- наименование лабораторной работы;
- цель работы;
- распечатку электрической принципиальной схемы ЛЭ ЭСЛ (рис.3.1);
- таблица числовых значений передаточной характеристики ЛЭ ЭСЛ;
- распечатку графика передаточной характеристики(рис. 3.4) с показанными на нем основными параметрами ЛЭ ЭСЛ;

 
Рис. 3.4. Передаточная характеристика ЛЭ ЭСЛ
3.3. Вопросы для самопроверки
4.3.1 Назвать, дать определения и показать на графике вых =вх
основные параметры ЛЭ ЭСЛ.
4.3.2. Уметь рассчитывать величины напряжений и токов в узловых точках схемы.
3.3.3. Знать принцип работы электрической принципиальной схемы ЛЭ ЭСЛ.
4.3.4. Показать путь прохождения сигнала на электрической принципиальной схеме ЛЭ ЭСЛ от входа к выходу.
 
5. Лабораторная работа №4. Исследование переходных процессов
в дифференцирующих и интегрирующих RC- цепях
5.1. Цель работы. Исследование переходных процессов в дифференцирующих и интегрирующмх RC-цепях в зависимости от параметров резисторов и конденсаторов5.2. Методика выполнения лабораторной работы
5.2.1 Включить ЭВМ.
5.2.2 Открыть программу MC 8.
5.2.3 Поместить в рабочее поле экрана из папки DATA схему дифференцирующей цепи(diff1 1.). Схема представлена на рисунке 1.1. Вывести схему на печать(Ctrl +P). На схеме R=10 Ом, С= 1n(наносекунда). Установить параметры генератора импульсов V1 в соответствии с рис. 1.2.
Нажоть кнопки АНАЛИЗ-ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ. На экране появится таблица задания параметров. Установить параметры моделирования схемы в соответствии с рис. 1.3. Нажать кнопку Run (Пуск) и на экране появятся два графика (Рис. 1.4):зависимость напряжения генератора от времени и зависимость выходного напряжения с дифференцирующей цепи от времени. По горизонтальной оси- время в микросекундах, а по вертикальной оси- напряжение в вольтах. Вывести страницу с графиками на печать.
Установить параметры схемы в следующей последовательности:
R1=10 Ом, С1=5n
R1=10 Ом, С1=15n
C1=1n, R1=50 Ом,
С1=1n, R1=150 Ом
Выполнить требования п 1.2.3 для всех указанных комбинаций и вывести графики на печать.
Провести расчет постоянной времени дифференцирования для всех вариантов и занести в таблицу.

Рис.5.1 Принципиальная схема электрическая дифференцирующей цепи

Рис.5.2 Параметры генератора в дифференцирующей цепи

Рис. 5.3 Параметры моделирования дифференцирующей цепи

Рис.5.4 Зависимости входного и выходного напряжения дифференцирующей
цепи от времени
5.2.4 Поместить в рабочее поле экрана из папки DATA схему интегрирующей цепи(TTL-0000-01-инт). Схема представлена на рисунке 1.5. Вывести схему на печать(Ctrl +P). На схеме R=250 Ом, С= 0,1n(наносекунда). Установить параметры генератора импульсов V1 в соответствии с рис. 1.6.
Нажоть кнопки АНАЛИЗ-ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ. На экране появится таблица задания параметров. Установить параметры моделирования схемы в соответствии с рис. 1.7. Нажать кнопку Run (Пуск) и на экране появятся два графика (Рис. 1.8):зависимость напряжения генератора от времени и зависимость выходного напряжения с интегрирующей цепи от времени. По горизонтальной оси- время в микросекундах, а по вертикальной оси- напряжение в вольтах. Вывести страницу с графиками на печать.
Установить параметры схемы в следующей последовательности:
R1=250 Ом, С1=0,05n
R1=250 Ом, С1=0,5n
C1=0,1n, R1=100 Ом,
С1=0,1n, R1=1000 Ом
Выполнить требования п 1.2.4 для всех указанных комбинаций и вывести графики на печать.
Провести расчет постоянной времени интегрирования для всех вариантов и занести в таблицу.
5.3 Отчет должен содержать:
титульный лист с названием темы;
цель работы;
схемы дифференцирующей и интегрирующей цепей;
сочетания RC –параметров, соответствующие им графики и таблицы вычисленных постоянных времени дифференцирования и интегрирования.
5.4 Вопросы для самоконтроля:
- определения дифференцирующей и интегрирующей цепей;
- математические выражения функций решаемых дифференцирующей и интегрирующей цепями;
- области применения дифференцирующей и интегрирующей цепей;
- как изменяется сопротивление конденсатора по мере его заряда от полностью разряженного до полностью заряженного состояния.- почему графики выходного напряжения с разными параметрами RC – цепей дифференцирующей и интегрирующей имеют различную крутизну?

Рис 5.5 Принципиальная схема электрическая интегрирующей цепи

Рис. 5.6 Параметры генератора импульсов

Рис. 5.7 Параметры моделирования интегрирующей цепи

Рис.5.8 Графики зависимости от времени входного и выходного напряжения интегрирующей цепи
6. Лабораторная работа №5. Операционные усилители(ОУ) в схемотехнике6.1 Цель работы. Исследование свойств операционных усилителей в зависимости от характера обратных связей.
6.2. Методика выполнения лабораторной работы.
6.2.1 Включить ЭВМ.
6.2.2 Открыть программу MC 8.
6.2.3 Поместить в рабочее поле экрана из папки DATA схему неинвертирующего усилителя на основе ОУ (OPAMPНУ). Схема представлена на рисунке 6.1.
6.2.4. Вывести схему на печать(Ctrl +P).
6.2.5. Установить параметры генератора импульсов V1 в соответствии с рис. 6.2.
6.2.6. Нажоть кнопки АНАЛИЗ-ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ (Analysis-Transient). На экране появится таблица задания параметров.
6.2.7 Установить параметры моделирования схемы в соответствии с рис.6.3.
6.2.8. Нажать кнопку Run (Пуск) и на экране появятся два графика (Рис. 6.4): зависимость входного напряжения и выходного напряжения от времени. По горизонтальной оси- время в микросекундах, а по вертикальной оси- напряжение в вольтах.
6.2.9. Вывести страницу с графиками на печать.
6.2.10. Расчитать коэффициент усиления неинвертирующего усилителя, используя для этого данные из графиков.
6.2.11. Поместить в рабочее поле экрана из папки DATA схему инвертирующего усилителя на основе ОУ (OPAMPИУ). Схема представлена на рисунке 2.5.
6.2.12. Вывести схему на печать(Ctrl +P).
6.2.13. Нажоть кнопки АНАЛИЗ-ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ (Analysis-Transient). На экране появится таблица задания параметров.
6.2.14 Установить параметры моделирования схемы в соответствии с рис.6.6.
6.2.15. Нажать кнопку Run (Пуск), на экране появятся два графика (Рис. 6.7): зависимость входного напряжения и выходного напряжения от времени.. По горизонтальной оси- время в микросекундах, а по вертикальной оси- напряжение в вольтах.
6.2.16. Вывести страницу с графиками на печать.
6.2.17. Расчитать коэффициент усиления инвертирующего усилителя, используя для этого данные из графиков.

Рис.6.1. Схема неинвертирующего усилителя на основе ОУ
6.2.18. Поместить в рабочее поле экрана из папки DATA схему эмиттерного повторителя на основе ОУ (OPAMPЭП). Схема представлена на рисунке 6.8.
6.2.19. Вывести схему на печать(Ctrl +P).
6.2.20. Нажоть кнопки АНАЛИЗ-ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ (Analysis-Transient). На экране появится таблица задания параметров.
6.2.21 Установить параметры моделирования схемы в соответствии с рис.6.9.
6.2.22. Нажать кнопку Run (Пуск), на экране появятся два графика (Рис. 6.10): зависимость входного напряжения и выходного напряжения от времени.. По горизонтальной оси- время в микросекундах, а по вертикальной оси- напряжение в вольтах.
6.2.23. Вывести страницу с графиками на печать.
6.2.24. Расчитать коэффициент усиления эмиттерного повторителя, используя для этого данные из графиков.

Рис. 6.2. Параметры задающего генератора импульсов
6.2.18. Поместить в рабочее поле экрана из папки DATA схему суммирующего усилителя на основе ОУ (OPAMPССУМ). Схема представлена на рисунке 6.11.
6.2.19. Вывести схему на печать(Ctrl +P).
6.2.20. Нажать кнопки АНАЛИЗ-ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ (Analysis-Transient). На экране появится таблица задания параметров.
6.2.21 Установить параметры моделирования схемы в соответствии с рис.2.12.
6.2.22. Нажать кнопку Run (Пуск), на экране появятся 4 графика (Рис. 2.13): зависимость входного напряжения (по 3 входам)и выходного напряжения от времени.. По горизонтальной оси- время в микросекундах, а по вертикальной оси- напряжение в вольтах.
6.2.23. Вывести страницу с графиками на печать.
6.2.24. Определить по графикам уровни суммируемых входных напряжений и выходного напряжения. Определить погрешность суммирования.

Рис.6.3. Параметры моделирования неинвертирующего усилителя на основе ОУ
6.3. По результатам выполнения лабораторной работы должен быть составлен отчет, содержащий:
-титульный лист с названием темы;
-цель работы;
-схемы неинвертирующего и инвертирующего усилителей, эмиттерного повторителя и суммирующего усилителя на основе ОУ;
- графики зависимости от времени напряжений входов и выходов неинвертирующего и инвертирующего усилителей, эмиттерного повторителя и суммирующего усилителя на основе ОУ;
-таблицы с рассчитанными коэффициентами усиления схем неинвертирующего и инвертирующего усилителей, эмиттерного повторителя;
-погрешности суммирующего усилителя на основе ОУ при суммировании аналоговых входных напряжений.

Рис. 6.4. Формы напряжений на входе и выходе неинвертирующего усилителя на основе ОУ
6.4. Вопросы для самоконтроля:
- операционные усилители(определение);
-параметры ОУ(коэффициент усиления, напряжения смещения, средний входной ток, разность входных токов, , входное сопротивление для синфазного сигнала, коэффициент ослабления синфазного сигнала); ).
-динамические свойства ОУ;
-частотная коррекция ОУ;
- роль отрицательной обратной связи в ОУ;
- инвертерующего и неинвертирующего усилители на основе ОУ;
- схема эмиттерного повторитель на основе ОУ;
-схема инвертирующего сумматора на основе ОУ.

Рис. 6.5. Схема инвертирующего усилителя на основе ОУ

Рис. 6.6. Параметры моделирования инвертирующего усилителя на основе ОУ

6.7. Формы напряжений на входе и выходе инвертирующего усилителя на основе ОУ
.
Рис.6.8. Схема эмиттерного повторителя на основе ОУ

Рис6.9. Параметры моделирования эмиттерного повторителя на основе ОУ

Рис. 6.10. Формы напряжений на входе и выходе эмиттерного повторителя на основе ОУ

Рис. 6.11. Схема сумматора напряжений на основе ОУ

6.12. Параметры моделирования сумматора напряжений на основе ОУ

6.13. Формы напряжений на входе и выходе сумматоре напряжений на основе ОУ
Лабораторная работа №6. Схемотехника преобразовательных устройств
7.1. Цель работы. Исследование схемных решений преобразования переменного напряжения синусоидальной формы в постоянное напряжение.
7.2. Методика выполнения лабораторной работы
7.2.1. Включить ЭВМ.
7.2.2. Открыть программу MC 8.
7.2.3. Поместить в рабочее поле экрана из папки DATA схему выделения положительной полуволны ДИОД ПР И РЕЗИСТОР 1 ( рис. 7.1). Вывести на печать.

Рис.7.1 Схема выделения положительной полуволны синусоидального напряжения
7.2.4. Установить параметры генератора импульсов V1, диода D1, резистора R1 в соответствии с рисунками 7.2, 7.3, 7.4, соответственно.
7.2.5. Нажать кнопки АНАЛИЗА И ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ(Analysis-Transient). На экране появится таблица задания параметров. Установить параметры моделирования схемы в соответствии с рис. 1.5. Нажать кнопку Run (Пуск) и на экране появится 2 графика: зависимость входного синусоидального напряжения генератора от времени и зависимость выходного напряжения от времени

Рис. 7.2 Параметры источника синусоидального напряжения

Рис.7.3 Параметры диода

Рис. 7.4 Параметры резистора R1

Рис.7.5 Параметры моделирования схемы
7.2.6. На выходе наблюдается только положительная полуволна(рис. 7.6). По горизонтальной оси- время в микросекундах, а по вертикальной оси- напряжение в вольтах.
7.2.7. . Поместить в рабочее поле экрана из папки DATA схему выделения отрицательной полуволны ДИОД ИНВ И РЕЗИСТОР 1 ( рис.7.7). Вывести на печать.
7.2.8. Выполнить требования пунктов 7.2.4, 7.2.5. На выходе наблюдается только отрицательная полуволна(рис.7.8). По горизонтальной оси- время в микросекундах, а по вертикальной оси- напряжение в вольтах. Вывести на печать.
1.2.9. Поместить в рабочее поле экрана из папки DATA схему выделения положительной и отрицательной полуволн ДИОД ПР И ИНВ И РЕЗИСТОР 1 ( рис. 1.9). Вывести на печать.
7.2.10. Выполнить требования пунктов7.2.4, 7.2.5. На выходе наблюдаются положительная и отрицательная полуволны(рис.7.10). По горизонтальной оси- время в микросекундах, а по вертикальной оси- напряжение в вольтах. Вывести на печать.
7.2.11. Поместить в рабочее поле экрана из папки DATA однополупериодную схему выпрямления синусоидального напряжения в постоянное напряжение положительной полярности ДИОД ПР И РЕЗИСТОР С КОНД 1 ( рис. 7.11). Вывести на печать.
7.2.12. Установить параметры конденсатора C1 в соответствии с рис 7.12.
7.2.13. Выполнить требования пунктов 7.2.4, 7.2.5. На выходе наблюдается постоянное напряжение положительной полярности (рис.7.13). По горизонтальной оси- время в микросекундах, а по вертикальной оси- напряжение в вольтах. Вывести на печать. Вывести на печать.

7.6. Результаты работы схемы выделения положительной полуволны синусоидального напряжения
Рис. 7.7. Схема выделения отрицательной полуволны

Рис.7.8. Результаты работы схемы выделения отрицательной полуволны синусоидального напряжения
7.9. Схема выделения положительной и отрицательной полуволн синусоидального напряжения

Рис.7.10. Результаты работы схемы выделения положительной и отрицательной полуволн синусоидального напряжения

Рис.7.11. Однополупериодная схема выпрямления синусоидального напряжения в постоянное напряжение положительной полярности

Рис 7.12. Параметры конденсатора C1

Рис.7.13. Результаты работы однополупериодной схемы выпрямления синусоидального напряжения в постоянное напряжение положительной полярности
7.2.14. Поместить в рабочее поле экрана из папки DATA однополупериодную схему выпрямления синусоидального напряжения в постоянное напряжение отрицательной полярности ДИОД ИНВ И РЕЗИСТОР С КОНД 1 ( рис. 7.14). Вывести на печать.
7.2.15. Выполнить требования пунктов 7.2.4, 7.2.5,7.2.12. На выходе наблюдается постоянное напряжение отрицательной полярности (рис7.15). По горизонтальной оси- время в микросекундах, а по вертикальной оси- напряжение в вольтах. Вывести на печать.
7.2.16. Поместить в рабочее поле экрана из папки DATA двухполупериодную схему выпрямления синусоидального напряжения в постоянное напряжение положительной полярности ДВУХПОЛУП СХЕМА ВЫПР ПОЛ ( рис.7.16). Вывести на печать.
7.2.17. Выполнить требования пунктов 7.2.4,7.2.12. .
7.2.18. . Нажать кнопки АНАЛИЗА И ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ(Analysis-Transient). На экране появится таблица задания параметров. Установить параметры моделирования схемы в соответствии с рис. 7.17.
7.2.19. Нажать кнопку Run (Пуск) и на экране появится 2 графика: зависимость входного синусоидального напряжения генератора от времени и зависимость выходного напряжения от времени в виде постоянное напряжение положительной полярности (рис.7.18). По горизонтальной оси- время в микросекундах, а по вертикальной оси- напряжение в вольтах. Вывести на печать.
7.2.20. Поместить в рабочее поле экрана из папки DATA двухполупериодную схему выпрямления синусоидального напряжения в постоянное напряжение отрицательной полярности ДВУХПОЛУП СХЕМА ВЫПР ОТР ( рис. 7.19). Вывести на печать.
7.2.21. Выполнить требования пунктов7.2.4, 7.2.12. .
7.2.22. . Нажать кнопки АНАЛИЗА И ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ(Analysis-Transient). На экране появится таблица задания параметров. Установить параметры моделирования схемы в соответствии с рис. 7.20.
1.2.23. Нажать кнопку Run (Пуск) и на экране появится 2 графика: зависимость входного синусоидального напряжения генератора от времени и зависимость выходного напряжения от времени в виде постоянное напряжение отрицательной полярности (рис7.21). По горизонтальной оси- время в микросекундах, а по вертикальной оси- напряжение в вольтах.
7.3.Отчет должен содержать:
- титульный лист с названием темы;
- цель работы;
- схемы всех рассмотренных вариантов;
- графики результатов работы схем всех рассмотренных вариантов;
- постоянные времени заряда и разряда конденсатора С1.
7.4. Вопросы для самопроверки
- принцип работы схем выпрямления переменного синусоидального напряжения в постоянное положительной и отрицательной полярности;
- как изменяется сопротивление конденсатора по мере его заряда от полностью разряженного до полностью заряженного состояния?- какими элементами схемы определяется уровень выходного напяжения?
- чем определяется крутизна траектории выходного напряжения схем, содержащих конденсатор?
-

Рис.7.14. Однополупериодная схема выпрямления синусоидального напряжения в постоянное напряжение отрицательной полярности

Рис.7.15. Результаты работы однополупериодной схемы выпрямления синусоидального напряжения в постоянное напряжение отрицательной полярности

Рис.7.16. Двухполупериодная схема выпрямления синусоидального напряжения в постоянное напряжение положительной полярности

7.17. Параметры моделирования двухполупериодной схемы схема выпрямления синусоидального напряжения в постоянное напряжение

Рис. 7.18. Результаты работы двухполупериодной схемы выпрямления синусоидального напряжения в постоянное напряжение положительной полярности


7.19. Двухполупериодная схема выпрямления синусоидального напряжения в постоянное напряжение отрицательной полярности

Рис 7.20. Параметры моделирования двухполупериодной схемы схема выпрямления синусоидального напряжения в постоянное напряжение отрицательной полярности

Рис. 7.21. Результаты работы двухполупериодной схемы выпрямления синусоидального напряжения в постоянное напряжение отрицательной полярности
Литература
1. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap 8/ М.А Амелина., С.А.. Амелин.- М.: Горячая линия, 2007. – 464 с.
2. Новожилов О.П. Электроника и схемотехника: Учебник. Т.1/О. П. Новожилов; МГИУ. – М: Юрайт, 2015 – 383.
Содержание
Введение………………………………………………………... 3
Теоретическая часть ……………………………………….. 5
Лабораторная работа 1 …………………………………….. 13
Лабораторная работа 2 …………………………………….. 22
Лабораторная работа 3………………………………………. 28
Лабораторная работа 4……………………………………….
Лабораторная работа 5……………………………………….
Лабораторная работа 6……………………………………….

Приложенные файлы

  • docx 8750486
    Размер файла: 6 MB Загрузок: 1

Добавить комментарий