Методические указания к дисциплине по выполнению лабораторных работ (практикумов) для студентов заочной формы обучения по специальности 140211 «Электроснабжение» (стр. 1 из 6)
Негосударственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московский институт
энергобезопасности и энергосбережения
Кафедра
Электротехники и Электроники
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Методические указания
к дисциплине по выполнению лабораторных работ (практикумов) для студентов заочной формы обучения по специальности
140211 «Электроснабжение»
Учебно-методический комплекс
Часть 3.
Москва 2007
Методические указания для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Информационно-измерительная техника и электроника» – М.: МИЭЭ, 2006, 24 с.
Составитель: Белов Николай Витальевич, к.т.н., доцент, зав. кафедрой
Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой Электротехники и электроники МИЭЭ г. Москвы 20.09.2007 г.
Формат 60×90 1/16. Тираж 100.
Производственно-торговая фирма Московского
института энергобезопасности и энергосбережения.
105043, Москва, ул.4-я Парковая, д.27, тел. 965-3790, 652-24-12,
факс 965-3846.
www.mieen.ru, e-mail: ptf@mieen.ru
© МИЭЭ, 2006
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................. 4
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.......................................................................... 5
ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ............................ 5
Часть I. «Исследование операционного усилителя в линейном режиме» 5
1. Цель работы:................................................................................................... 5
2. Краткие теоретические сведения.............................................................. 5
3. Экспериментальная часть........................................................................... 8
4. Методики проведения опытов................................................................. 10
Часть II. «Исследование операционного усилителя в нелинейном режиме» 12
1. Цель работы:................................................................................................ 12
2. Краткие теоретические сведения............................................................ 12
3. Экспериментальная часть........................................................................ 15
4. Методики проведения опытов................................................................. 19
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2.................................... 22
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ...... 22
1. Цель работы:........................................................................................ 22
2. Краткие теоретические сведения............................................................ 22
3. Экспериментальная часть................................................................ 29
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3....................................................................... 32
ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ................. 32
1. Цель работы:................................................................................................ 32
2. Краткие теоретические сведения............................................................ 32
3. Экспериментальная часть........................................................................ 41
Настоящие методические указания предназначены для студентов специальности «Электроснабжение», изучающих дисциплину «Информационно-измерительная техника и электроника».
Виртуальные лабораторные работы выполняются в компьютерном классе с использованием программы Electronics Workbench.
Прежде чем приступить к выполнению лабораторных работ, студенты должны пройти инструктаж по работе в компьютерном классе и ознакомиться с программой Electronics Workbench.
Объем и порядок выполнения каждой лабораторной работы уточняются преподавателем, ведущим занятие, в соответствии с учебным планом.
Изучение информационно-измерительной техники и электроники наталкивается на трудности, вызванные тем, что существует множество, как электронных, так и измерительных устройств отличающихся как по принципу действия, так и по характеру возникающих погрешностей.
В результате выполнения лабораторных работ студенты должны познакомиться с программой моделирования электрических и электронных цепей, понять принципы построения электронных и измерительных устройств и оценить погрешности результатов измерений.
После лабораторных занятий необходимо оформить отчет по всем проделанным работам, в выводах сделать заключения о пригодности тех или иных методов измерения электрических величин.
Данные методические указания помогут студенту реализовать лабораторные работы по дисциплине информационно-измерительная техника и электроника с помощью виртуального лабораторного практикума и сопоставить полученные знания с теоретическим материалом.
ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ
Часть I. «Исследование операционного усилителя в линейном режиме»
1. Цель работы:
Исследование амплитудных и частотных свойств операционного усилителя. Изучение влияния отрицательной обратной связи на характеристики операционного усилителя.
2. Краткие теоретические сведения
2.1. Операционные усилители
Усилители постоянного тока (УПТ) являются основой для конструирования операционных усилителей (ОУ). Современные операционные усилители являются многоцелевыми элементами, выполненными в виде полупроводниковых интегральных микросхем. Они широко применяются при конструировании различных усилительных устройств, устройств возбуждения сигналов синусоидальной и импульсной форм (генераторов сигналов), фильтров и так далее.
Рис.1
Условное обозначение ОУ показано на рисунке 1. Символ w означает усиление, а символ - большое входное сопротивление. Один из входов усилителя Uвх+ является неинвертирующим, другой Uвх- - инвертирующим (по аналогии с дифференциальными усилителями). Принципиальные электрические схемы ОУ, как правило, содержат несколько каскадов УПТ. При этом входной каскад всегда выполняется по дифференциальной схеме, а выходной каскад по схеме эмиттерного повторителя, обеспечивающего требуемую нагрузочною способность всей схемы.
Современные интегральные ОУ обладают высоким значением коэффициента усиления (К=104107), входного сопротивления (Rвх=104109 Ом), могут работать от разнополярных источников питания и преобразовывать электрические сигналы в широком диапазоне частот (от 0 до 107 Гц). Амплитудная и амплитудно-частотная характеристики такого усилителя аналогичны характеристикам УПТ.
2.2. Обратные связи в операционных усилителях.
Конструирование различных электронных устройств на основе ОУ производится с использованием обратных связей.
Обратной связью называется передача части энергии выходного сигнала усилителя на его вход (Рис.2).
Рис.2
Из выходной цепи во входную энергия передается через электрическую цепь обратной связи с коэффициентом передачи
.Обратная связь называется положительной, если передаваемый ею с выхода на вход сигнал Uос = Uвых совпадает по фазе (складывается) с входным сигналом
Uвх = U1+Uвых.
Коэффициент усиления усилителя Кb+ с положительной обратной связью определяется выражением
,где Ко - коэффициент усиления усилителя без обратной связи.
Обратная связь называется отрицательной если сигнал обратной связи Uос находится в противофазе (вычитается) с входным сигналом Uвх = U1-Uвых.
Коэффициент усиления усилителя Кb- при отрицательной обратной связи будет
.Применение отрицательной обратной связи (OOC) в усилителях существенно улучшает их параметры:
повышает стабильность коэффициента усиления, увеличивает входное сопротивление, уменьшает выходное сопротивление, расширяет полосу пропускания. Поэтому ООС широко применяется в усилительных устройствах.
Положительная обратная связь (ПОС) воздействует на параметры усилителей противоположным образом. Повышая нестабильность коэффициента усиления, она приводит усилитель к самовозбуждению, то есть переходу его в режим генератора. Поэтому ПОС используется в генераторах гармонических колебаний и импульсов.
2.3. Операционный усилитель с ООС
Операционный усилитель с отрицательной обратной связью наиболее часто применяется на практике (Рис.3).
Рис.3
Отрицательный характер обратной связи обусловлен подачей напряжения
на инвертирующий вход ОУ так, что 
. Отрицательная обратная связь осуществляетсячерез сопротивления
и 
. Так как входное сопротивление ОУ большое (принимаем 
), то входной ток ОУ 
и тогда 
, откуда