Логические элементы моп-структур (кмоп)

Схемы И и ИЛИ на полевых транзисторах с изолированным затвором ( металл-окисел-полупроводник МОП) образуются путём последовательного или параллельного соединения транзисторов. В качестве нагрузки вместо сопротивления применяют МОП-транзисторы. Благодаря этому упрощается технология изготовления интегральных схем (ИС) и, кроме того, увеличивается плотность размещения, так как МОП-транзистор занимает на подложке меньшую площадь, чем биполярный транзистор.

На рис.1 представлены схемы инверторов на МОП транзисторах. На рис1.а в схеме используются транзисторы одной проводимости. Транзистор VT2 работает в ключевом режиме, а в качестве сопротивления нагрузки применён МОП транзистор VT1 с прямым смещением. На рис 1.б в инверторе используются транзисторы разной проводимости, включённые встречно-последовательно. Пару транзисторов разной проводимости, выполненных по единой технологии, называют комплементарными транзисторами, а логические элементы, выполненные по этой технологии, относят к элементам КМОП. Оба транзистора работают в ключевом режиме и управляются одним сигналом. Открывание одного транзистора всегда сопровождается закрыванием другого независимо от того, какая логика используется – положительная или отрицательная. Следует отметить, что запирание транзистора одного происходит раньше, чем открывание другого. Это свойство объясняет то, что элементы КМОП практически не потребляют энергии от источника питания в статическом и динамическом режимах. Расход энергии источника питания происходит во время переключения транзистора из состояния отсечки в состояние насыщения на перераспределение зарядов ёмкости затвора. Ёмкость образована между металлом, к которому подводится потенциал управления, и полупроводником, в котором образуется канал. В МОП- транзисторах эта ёмкость достаточно велика, чем объясняются в основном низкая частота переключения МОП-логики.

При применении положительной логики общая точка подключается к истоку транзистора n-проводимости, а напряжение питания положительной полярности подключается к истоку транзистора p-проводимости. А при применении отрицательной логики общая точка подключается к истоку транзистора p-проводимости, а напряжение питания отрицательной полярности подключается к истоку транзистора n-проводимости.

Для выполнения операции ИЛИ транзисторы соединяются параллельно, а их комплементарные пары, выполняющие функцию нагрузки, соединяются последовательно. Для выполнения операции И транзисторы соединяются последовательно, а их комплементарные пары, выполняющие функцию нагрузки, соединяются параллельно.

На рис. 2 представлена схема ИЛИ – НЕ для положительной логики. Количество входов может быть неограниченным, так как отсутствуют токи затворов. Количество входов ограничивается только конструктивными требованиями.

Схема элемента И представлена на рис. 3. Напряжение логического нуля можно получить только тогда, когда все транзисторы, включённые последовательно, будут в режиме насыщения. В режиме насыщения МОП транзистор имеет большое сопротивление, и при большом количестве входов маловероятно получить напряжение логического нуля. В реальных устройствах количество входов по И не превышает четырёх.

Основными элементами КМОП логики считаются элементы ИЛИ – НЕ.

Статические параметры логических элементов указывают на номинальные значения напряжений логического нуля, напряжений логической единицы по входу и выходу и помехоустойчивость логического элемента при заданных режимах эксплуатации. Статические параметры определяют по переключательным характеристикам. Координаты точек наибольшей скорости изменения характеристики принято считать предельными значениями напряжений логического нуля и логической единицы по входу и выходу. Точка наибольшей скорости устанавливается по точке касания линии, проведённой под углом 45 градусов к осям координат. Номинальные значения определяются по техническим условиям завода изготовителя по применению элемента.

На рис. 4 приводится методика определения статических параметров инвертирующего элемента НЕ. На основную переключательную характеристику накладывается обратимая характеристика. Для того, чтобы начертить обратимую характеристику, используют те же значения, что и для основной , изменяя при этом координатные оси . На рисунке обратимая характеристика изображена пунктиром.

Координаты точек пересечения характеристик А и В указывают статические значения номинальных напряжений логического нуля и логической единицы по входу U₀ , U₁ и выходу U⁰ , U¹. Точка D определяет предельное максимальное напряжение логического нуля по входу и предельное минимальное напряжение логической единицы по выходу, а точка Е определяет предельное минимальное напряжение логической единицы по входу и предельное максимальное напряжение логического нуля по выходу. Точка С определяет неопределённое состояние логического элемента по выходу.

Помехоустойчивость – это максимальное напряжение помехи на входе, которое может изменить состояние на выходе. Помехоустойчивость определяется как разность предельного и номинального напряжений по входной координате основной характеристики. Напряжение помехоустойчивости от нуля по входу – статическая помехоустойчивость по низкому уровню U_п01, определяется, как разность напряжения координаты точки D и напряжения координаты точки А. Это напряжение положительное. Напряжение помехоустойчивости от единицы по входу – статическая помехоустойчивость по высокому уровню U_п10, определяется, как разность напряжения координаты точки Е и напряжения координаты точки В. Это напряжение отрицательное.

В некоторых технических условиях на логические элементы помехоустойчивость элемента с инверсией «НЕ»112,113 определяется, как разность напряжений неопределённости в точке С и номинальных напряжений в точках А и В.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА КМДП ( КМОП ) – СТРУКТУРАХ.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Изучить работу ЛЭ на КМОП - структурах, снять характеристики и рассчитать статические параметры.

2. СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ исследуемых элементов 2ИЛИ – НЕ и 2И –НЕ в микросхемах из серии К176:

- напряжение источника питания, U_И.П.,В

-потребляемая мощность Р_ПОТР.,мкВт,

-напряжение выходного сигнала«0» U⁰_ВЫХ,В

-напряжениевыходногосигнала“1” U¹_ВЫХ, В

-время задержки распространения среднее, t_ЗД.СР., нс

ОБОРУДОВАНИЕ. Для проведения лабораторной работы в установке используются: часть стенда СТ4 для исследования логических устройств, приборы измерительного блока (два вольтметра и два амперметра) и регулируемый источник питания +Е1. В нижней части на панели стенда имеются рисунки двух функциональных схем исследования элементов КМОП. На панели закреплены гнёзда для подключения измерительных приборов. В цепях питания и во входной цепи каждого входа Х1 закреплены гнёзда для установки вилок амперметров. В точке подключения источника питания, во входной цепи Х1 и на выходе закреплены гнёзда для подключения вольтметров. Напряжение на входе Х1 регулируется потенциометром R в пределах от нуля до + 8В. Нуль соответствует логическому нулю, а напряжение +8В соответствует логической единице. На входах Х2 напряжение устанавливается переключателями S в положение логического нуля «0» или в положение логической единицы «1».

Перед сборкой схемы проверить напряжение питания и пределы регулировки входного напряжения. Напряжение питания должно быть в пределах от 7,5 В до 9,5В. Вставить вилки амперметров А1 в гнёзда входной цепи, а А2 в гнёзда цепи питания, штырь вольтметра V1 гнездо входной цепи, а V2 в гнездо выхода. Переключатели S установить в положение логического нуля при исследовании схемы ИЛИ-НЕ, а при исследовании элемента И-НЕ установить переключатель в положение единицы.

3.1. СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТА ИЛИ – НЕ.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

4.1.Собрать схему исследования. ПРИМЕЧАНИЕ. Переключатель S должен находится в нижнем положении (0), что соответствует напряжению логической нуля.

4.2. Провести измерения для определения переключательной характеристики, и заполнить таблицу 1.

При снятии данных необходимо учитывать особенности переключательной характеристики. Особенностью является то, что характеристика изменения от напряжения логической единицы до напряжения логического нуля по выходу занимает по входу незначительный участок напряжения – не более 0,5 В. Поэтому нецелесообразно снимать характеристику классическим методом, когда разбивают входное напряжение равномерно в заданных пределах и по данным проводят измерения параметров.

В данной работе равномерное измерения проводим только на участке изменения характеристики от «1» до «0» по выходу. Для этого определяется этот участок входных напряжений. От начала резкого изменения к нулю (при изменении входного напряжения от минимального значения ) до начала резкого изменения к единице ( при изменении входного напряжения от максимального значения ). Следовательно, необходимо вначале провести два измерения от нуля, и установить минимальное входное напряжение начала изменения выходного напряжения, затем два измерения от максимального значения, установив максимальное напряжение по входу конца изменения. На участке изменения выходного напряжения можно провести два – три измерения.

Особенностью работы элементов КМОП является то , что запирание транзистора одного происходит раньше, чем открывание второго. Поэтому вероятность установления конечного значения участка входного напряжения, на котором происходит изменение выходного напряжения очень мала.

Провести измерения, и заполнить таблицу 1. Необходимо соблюдать очерёдность измерений:

первое измерение проводить при минимальном входном напряжении;

второе измерение проводить на участке начала изменения выходного напряжения от максимального;

третье измерение – при максимальном входном напряжении, записать результаты в последнюю графу таблицы;

четвёртое – на участке начала изменения выходного напряжения от нуля;

пятое и шестое измерения проводить при входных напряжениях распределённых пропорционально между входными напряжениями второго и четвёртого измерений.

4.3. Зарисовать зависимости выходного напряжения от входного напряжения.

4.4. Рассчитать параметры логического элемента. Для определения статических параметров на переключательную характеристику зарисовать обратимую характеристику.

5. ДАННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Таблица 1.

№ изм.
UВХ., В
UВЫХ., В

7.1. РАСЧЁТНЫЕ ДАННЫЕ.

По переключательным характеристикам определить статические параметры:

- напряжение логического нуля U₀ , В ______

- напряжение логической единицы U₁ , В ______

- напряжение помехи от нуля U_{0 ПОМ} , В ____

-напряжение помехи от единицы U_{1 ПОМ} , В ____

-таблица истинности:

Х1 0 1 0 1 Функция в дезъюнктивной форме

Х2 0 0 1 1 F=___________________________

¦_U1

3.2. СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТА И –НЕ.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

4.1.Собрать схему исследования. ПРИМЕЧАНИЕ. Переключатель S должен находится в верхнем положении (1), что соответствует напряжению логической единицы.

4.2. Провести измерения для определения переключательной характеристики, и заполнить таблицу 2. Необходимо соблюдать очерёдность измерений:

первое измерение проводить при минимальном входном напряжении;

второе измерение проводить на участке начала изменения выходного напряжения от максимального;

третье измерение – при максимальном входном напряжении, записать результаты в последнюю графу таблицы;

четвёртое – на участке начала изменения выходного напряжения от нуля;

пятое и шестое измерения проводить при входных напряжениях распределённых пропорционально между входными напряжениями второго и четвёртого измерений.

4.3. Зарисовать зависимости выходного напряжения от входного напряжения.

4.4. Рассчитать параметры логического элемента. Для определения статических параметров на переключательную характеристику зарисовать обратимую характеристику.

5. ДАННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Таблица 2.

№ изм.
UВХ., В
UВЫХ., В

7.1. РАСЧЁТНЫЕ ДАННЫЕ.

По переключательным характеристикам определить статические параметры:

- напряжение логического нуля U₀ , В ______

- напряжение логической единицы U₁ , В ______

- напряжение помехи от нуля U_{0 ПОМ} , В ____

-напряжение помехи от единицы U_{1 ПОМ} , В ____

-таблица истинности:

Х1 0 1 0 1 Функция в конъюнктивной форме

Х2 0 0 1 1 F=___________________________

¦_U1

8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

-Почему необходимо устанавливать“0” на входах Х2 при исследовании элемента ИЛИ – НЕ и “1” при исследовании элемента И – НЕ

-Принцип работы инвертора на комплиментарных транзисторах.

-Почему элементы на КМОП – структурах обладают очень малым энергопотреблением?

-Описание принципиальной схемы логических элементов 2ИЛИ –НЕ, 2И – НЕ.

Бланк отчёта по лабораторной работе приводится в приложении 9.

ЭМИТТЕРНО-СВЯЗАННАЯ ЛОГИКА.

Эмиттерно-связанные логические элементы (ЭСЛ) принципиально отличаются от ТТЛ по схемотехническому решению. Цель нового решения заключается в повышении быстродействия цифровых устройств.

Основные причины инерционности ключей на биполярных транзисторах, которые имеют крайние состояния отсечка и насыщение, это время рассасывания неосновных носителей из базовой области при переходе из режима насыщения в режим отсечки, а также достаточно большая постоянная времени перезаряда выходной ёмкости. Уменьшение постоянной времени перезаряда возможно при увеличении коллекторного тока. Это достигается за счёт уменьшения сопротивления в цепи коллектора. А также за счёт ограничения перепадов выходного напряжения, которое в большинстве случаев не превышает одного Вольта («1» В). Такое решение позволяет повысить быстродействие. Однако это приводит к уменьшению помехоустойчивости и требует применения схем менее подверженных действию помех. Этому требованию удовлетворяет дифференциальный усилитель постоянного тока, который работает в режиме больших сигналов и называется токовым ключом (рис.1). На вход одного плеча подаётся опорное напряжение U₀, под действием которого устанавливается общий постоянный ток токозадающим сопротивлением R_э. При изменении входного сигнала на входе второго плеча «Х» в ключе происходит перераспределение тока в плечах усилителя. При входном сигнале «Х>U₀» ток протекает только в цепи коллектора VT1, а при «Х<U₀» ток протекает только в цепи коллектора VT2. С токового ключа снимаются одновременно два сигнала – прямой и инверсный, связанные с входным сигналом соотношениями «f₁=Х» и «f₂= ».

При этом транзисторы не попадают в режим насыщения и, следовательно, в ключе принципиально отсутствует интервал времени рассасывания неосновных носителей. Симметрия схемы приводит к отсутствию изменений потребляемого тока и не создаёт всплесков напряжения в цепях питания, снижая уровень внутренних помех. Поскольку транзисторы токового ключа работают в линейном режиме, то подключить выход токового ключа непосредственно к входу следующего логического элемента не представляется возможным. Поэтому приходится применять согласующий каскад по схеме эмиттерного повторителя с очень малым выходным сопротивлением. Повторители коммутируют значительные токи заряда и перезаряда ёмкостей нагрузки за очень малые промежутки времени (1–2 нс). Следовательно, шина питания испытывает сильные «удары», вызывающие переходные процессы, что может вызвать ложное срабатывание. Поэтому для повышения помехозащищённости в цифровых устройствах в элементах ЭСЛ шину питания «+Е» подключают к общей шине, в результате все потенциалы точек схемы отрицательны относительно общей точки. Однако в схеме токового ключа так же, как и в схемах ТТЛ, реализована положительная логика, в которой большему значению выходного напряжения соответствует логическая единица «1», а меньшему – логический ноль «0». На рис.2 приведены передаточные характеристики по прямому «f₁» и инверсному «f₂» выходам, и зависимость входного тока плеча «Х». Характеристика входного тока показывает на изменение тока потребления ключом, величина которой составляет десятки-сотни мкА. Элементы эмиттерно-связанной логики ( ЭСЛ ) потребляют большую мощность в статическом режиме, которая лишь незначительно увеличивается в момент переключения.

Характеристики приведены для схемы, в которой шина питания «+Е» подключена к общей шине. Нулевая точка характеристик соответствует опорному напряжению U₀. Значения напряжений логического нуля и логической единицы определяются графическим методом, используя обе переключательные характеристики. Максимальное напряжение логического нуля (U₀, U⁰)– это максимальное значение из минимальных, а минимальное напряжение логической единицы (U₁, U¹) – это минимальное из максимальных значений.

Если применяется положительная шина питания, что используется при выполнении лабораторной работы, то графики перемещаются в область положительных значений напряжений.

При использовании токового ключа представляется возможным выполнение логической операции «ИЛИ», путём подключения транзисторов параллельно в плече «Х».

Принципиальная схема ЭСЛ на 3 входа представлена на рис. 1. Основным схемным элементом является переключатель тока на транзисторах VT1 – VT4 с объединёнными эмиттерами. Это дифференциальный усилитель в режиме больших сигналов, работающий в режиме переключателя токов. На вход одного плеча на транзисторе VT4 подаётся опорное напряжение U₀ с делителя напряжения R4,VD,R5, которое устанавливает исходное значение тока переключателя. Второе плечо представляет схему ИЛИ на транзисторах VT1 – VT3. Если на всех входах Х1 – Х3 будет ноль «0», то ток протекает через транзистор VT4 и на его коллекторе установится низкий потенциал соответствующий нулю «0», на коллекторах VT1 – VT3 установится высокий потенциал «1». Если хотя бы на один из входов VT1 – VT3 подать потенциал, превышающий опорное напряжение U₀, то ток будет протекать через тот транзистор, на который подаётся логическая единица. Это ток, протекающий по второму плечу. В результате за счёт перераспределения тока, на коллекторах VT1 – VT3 установится низкий потенциал «0», а на коллекторе VT4 установится высокий потенциал «1». Сигналы с коллекторов переключателя тока подаются на выходы через эмиттерные повторители VT5 и VT6. C выхода VT5 снимается сигнал, соответствующий логической операции ИЛИ–НЕ ( ), а с выхода VT6 – операция ИЛИ (Х1+Х2+Х3).

Статические параметры для ЭСЛ элементов определяются по двум характеристикам: прямой и инверсной. Координаты установившихся напряжений на выходе определяют значения напряжений логического нуля и логической единицы. Минимальное значение напряжений из максимальных принимается за напряжение логической единицы, а максимальное из минимальных – за логический нуль.

		Рис.2.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭМИТТЕРНО - СВЯЗАННОЙ ЛОГИКИ ( ЭСЛ ).

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Изучить работу ЭСЛ, снять характеристики и рассчитать статические параметры.

2. СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ исследуемого элемента 3ИЛИ / 3ИЛИ – НЕ в микросхеме 137 ЛМ1(500ЛМ1):

напряжение источника питания U_И.П.,В _____

потребляемая мощность Р_ПОТР.,мВт, _____

напряжение выходного сигнала«0» U⁰_ВЫХ,В _____

напряжение выходного сигнала “1” U¹_ВЫХ,В _____

время задержки распространения среднее t_ЗД.СР.,нс ______

3. СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ .

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

4.1.Ознакомиться с установкой для проведения лабораторной работы и собрать схему исследования.

ОБОРУДОВАНИЕ. Для проведения лабораторной работы в установке используются: стенд СТ4 для исследования логических устройств, приборы измерительного блока (два вольтметра и два амперметра) и внутренний нерегулируемый источник питания +5В. На панели стенда имеется рисунок функциональной схемы исследования ЭСЛ. На панели закреплены гнёзда для подключения измерительных приборов. В цепи питания и во входной цепи одного входа Х1 закреплены гнёзда для установки вилок амперметров. В точке подключения источника питания, во входной цепи Х1 и на выходе закреплены гнёзда для подключения вольтметров. Напряжение на входе Х1 регулируется потенциометром R в пределах от +2В до + 3,5 В. +2В соответствует логическому нулю, а напряжение +3,5 В соответствует логической единице. На входах Х2 и Х3 напряжение устанавливается переключателями S1 и S2 в положение логического нуля «0» или в положение логической единицы «1».

Перед сборкой схемы проверить напряжение питания и пределы регулировки входного напряжения. Напряжение питания должно быть в пределах от 4,7 В до 5,3 В. вставить вилки амперметров А1 в гнёзда входной цепи, а А2 в гнёзда цепи питания, штырь вольтметра V1 в гнездо входной цепи, а V2 в гнездо выхода U1 для измерения напряжения не инвертирующем выходе, или в гнездо U2 для измерения напряжения на инвертирующем выходе. Переключатели S1 и S2 установить в положение логического нуля.

4.2. Провести измерения для определения переключательной характеристики, и заполнить таблицу 1.

При снятии данных необходимо учитывать особенности переключательной характеристики. Особенностью является то, что характеристика изменения от напряжения логической единицы до напряжения логического нуля по выходу занимает по входу незначительный участок напряжения – не более 0,2 В. Поэтому нецелесообразно снимать характеристику классическим методом, когда разбивают входное напряжение равномерно в заданных пределах и по данным проводят измерения параметров.

В данной работе равномерное измерения проводим только на участке изменения характеристики от «1» до «0» по выходу. Для этого определяется этот участок входных напряжений. От начала резкого изменения к нулю (при изменении входного напряжения от минимального значения) для выхода ИЛИ-НЕ до начала резкого изменения к единице (при изменении входного напряжения от максимального значения). Следовательно, необходимо вначале провести два измерения от нуля, и установить минимальное входное напряжение начала изменения выходного напряжения, затем два измерения от максимального значения, установив максимальное напряжение по входу конца изменения. На участке изменения выходного напряжения можно провести два – три измерения. Для установления минимального и максимального напряжений по входу использовать схему ИЛИ-НЕ – выход U2. При измерениях в схеме ИЛИ – выход U1 использовать те же значения входных напряжений, какие определены для схемы ИЛИ-НЕ.

Необходимо соблюдать очерёдность измерений:

первое измерение проводить при минимальном входном напряжении;

второе измерение проводить на участке начала изменения выходного напряжения от максимального;

третье измерение – при максимальном входном напряжении, записать результаты в последнюю графу таблицы;

четвёртое – на участке начала изменения выходного напряжения от нуля;

пятое, шестое и седьмое измерения проводить при входных напряжениях распределённых пропорционально между входными напряжениями второго и четвёртого измерений.

4.3. Зарисовать зависимости выходного напряжения от входного напряжения.

4.4. Рассчитать параметры логического элемента. Для определения статических параметров переключательные характеристики по прямому и инверсному выходу зарисовать в единой системе координат.

5. ДАННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Напряжение питания _______В

Таблица 1.

№ изм.
UВХ., В
U1, В
U2, В
IВХ., мА
IПОТР., мА

6. РАСЧЁТНЫЕ ДАННЫЕ.

По переключательным характеристикам определить статические параметры:

напряжение логического нуля, U₀ , В ____________

напряжение логической единицы, U₁ , В ____________

потребляемая мощность, Р = 0,5 Е_ПИТ. (I_потр1+I_потр0)_. ____________

таблица истинности:

Х1 0 1 0 1 0 1 0 1

Х2 0 0 1 1 0 0 1 1

Х3 0 0 0 0 1 1 1 1

U1

U2

Дизъюнктивная форма U1=

Конъюнктивная форма U2=

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

-Почему необходимо устанавливать“0” на входах Х2 и Х3 при снятии характеристики?

-Принцип работы токового переключателя.

-Почему ЭСЛ обладают высоким быстродействием?

-Описание принципиальной схемы логического элемента ИЛИ / ИЛИ – НЕ.

Лабораторная работа

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХТАКТНОГО УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ.

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Рассмотреть работу усилителя. Снять передаточную и нагрузочную характеристику.

Определить качественные основные показатели усилителя в линейном режиме.

2.СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ.

		Рис.16

3. ОБОРУДОВАНИЕ. Для выполнения лабораторной работы используется стенд для исследования бестрасформаторного усилителя мощности, приборы измерительного блока (два амперметра и два вольтметра), электронный осциллограф, регулируемый источник питания Е1, генератор переменного напряжения установки.

Перед сборкой схемы необходимо выбрать установить напряжение питания схемы 10 В. Контроль этого напряжения осуществляется вольтметром в точке Е1. Напряжение устанавливается потенциометрами Е1 на панели источников питания. Переключатели S1 поставить в крайне правое положение, что соответствует максимальному сопротивлению нагрузки 20 (16) Ом. Подключить источник питания к схеме амперметром (А2). Второй вольтметр подключить к гнезду средней точки двухтактного каскада. Потенциометром R6 (U_см) в цепи обратной связи установить напряжение на выходе, равное половине напряжения питания. Потенциометром R4 (I₀) установить ток потребления 5-15 мА. Потенциометр U_вх на входе схемы исследования поставить в среднее положение

Подготовить к работе генератор электрических сигналов и осциллограф.

На панели генератора установить:

-переключатель формы в положение «~»;

- переключатель частота – 10² ;

- переключатель предел – 10^-2 (-40дБ);

- ручки плавной установки выходного напряжения и частоты установить в среднее положение.

Откалибровать осциллограф по вертикали и по горизонтали. Измерения проводить вольтметром в режиме переменного сигнала или осциллографом.

Проводник синхронизации осциллографа вставить в гнездо «синхр.» генератора, а сигнальный проводник в гнездо (U_вх) исследуемой схемы. Проводником соединить выход генератора со входом исследуемой схемы. Установить устойчивое изображение на экране осциллографа в режиме внешней синхронизации, выбирая масштабный коэффициент вертикального отклонения осциллографа таким образом, чтобы изображение занимало более половины размера по вертикали. На осциллографе в блоке развёртки установить переключатель в положение . Потенциометром «частота плавно» установить период повторения, равный одному делению (10 периодов на экране), что соответствует частоте повторения 1кГц. Далее сигнальный проводник осциллографа вставить в гнездо (U_вых). Ручкой плавно выходного напряжения генератора установить неискажённый сигнал. Потенциометром R4 добиться симметрии выходного сигнала, а ручкой установки выходного напряжения генератора добиться неискажённого максимального сигнала. Линейный режим на экране осциллографа определяется по незначительным симметричным ограничениям сверху и снизу гармонического сигнала. На этом можно считать, что схема подготовлена для проведения измерений.

Измерения переменного напряжения на входе (гнездо U_вх) и выходе (гнездо U_вых) усилителя проводить с помощью осциллографа. Весь размах осциллограммы на экране равен двойной амплитуде напряжения (2U_M). Вычисление действующего значения напряжения гармонического сигнала, который не имеет ограничения, осуществлять по формуле :

U = .

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1. Снять амплитудно-передаточную характеристику (АПХ) U_вых= ¦ (U_вх) в пределах линейного режима на нагрузке R_Н = 8 Ом. Результаты измерений записать в таблицу 1. Максимальное входное напряжение выбирать таким, при котором наступает ограничение сигнала на выходе. Это значение записать в предпоследнюю графу (U_МАКС). В последнюю графу записать значение напряжения на входе, равное 1,5 U_МАКС. В строке U_ВХ записать значения входного напряжения равномерно между значениями 0 и U_МАКС. Для определения шага равномерного распределения необходимо рассчитать . В таблице (2U_m) записывать значения полного размаха изображения на экране осциллографа, а в графу (U) записывать расчётное значение U = .

Таблица 2.

2Umвх, мВ								Uмакс=
2Umвых , В
Uвх, мВ
Uвых, В

Построить график зависимости U_вых=f(U_вх).

4.2.Снять нагрузочную характеристику усилителя Р_вых=f(R_н). Предварительно исследовать диапазон входного напряжения, которое усиливается без искажения при максимальной нагрузке R_н= 20 Ом. Задаться амплитудой входного напряжения при значениях напряжения на выходе 0,8U_{выхмакс}. Записать значение входного напряжения. Изменяя сопротивление нагрузки R_н, измерять выходное напряжение при помощи вольтметра или по экрану осциллографа. Результаты измерений занести в таблицу 2.

.U_их=const=______мВ

Таблица 2

Rн, Ом
2Umвых, В
Uвых, В
Pвых

Построить график зависимости P_вых=F(R_н). Выходную мощность рассчитать по формуле Р_вых= .

4.3. Снять логарифмическую амплитудно-частотную характеристику (ЛАЧХ) усилителя К=F(f).

От генератора на вход усилителя подавать напряжение с амплитудой, выбранной для неискаженного сигнала 0,8U_{выхмакс} на частоте 1кГц на нагрузке R_н = 8 Ом. Записать значения 2U_mвх . Изменяя частоту входного сигнала во всем звуковом интервале частот от 20 Гц до максимальной частоты генератора измерить величину выходного напряжения. Частоту устанавливать по осциллографу. Для этого на генераторе потенциометром частота плавно и переключателем дискретно устанавливать на экране осциллографа десять периодов на каждом диапазоне развертки в милисекундном секторе.

Результаты занести в таблицу 3.

2U_mвх = ______ R_н = 8 Ом

Таблица 3.

							0,5	0,2	0,1	50мкс
f, Гц
lg(f)	1,3	1,7		2,3	2,7		3,3	3,7		4,3
2Umвых
Uвых, В
К
К,дБ

Коэффициент рассчитывать по формуле

Перевод в дициБелы рассчитывать по формуле К_[дБ]=20lg(K)

Построить график ЛАЧХ К_[дБ]=f(lgf).

Содержание отчета: отчет должен содержать схему исследуемого усилителя, таблицы с результатами измерений, графики зависимостей, краткие выводы по работе, и ответы на контрольные вопросы

Контрольные вопросы:

1. Какую задачу выполняют выход