Стенд для проведення лабораторних робіт з аналогової електроніки

Для проведення лабораторних робіт з аналогової електроніки необхідний лабораторний стенд, що дозволяє вирішити широке коло задач, що виникають при дослідженні електронних і мікроелектронних елементів і схем. Такий стенд має широкі функціональні можливості для дослідження схем, достатній мінімум зовнішньої контрольно-вимірювальної апаратури, характеризуватися простотою сполучень досліджуваних схем із зовнішньою вимірювальною апаратурою; стенд виконаний на сучасній елементній базі з урахуванням вимог естетики й ергономіки. Таким стендом є універсальний лабораторний стенд OpAmp V1.0, що випускається ПМП OPEN SYSTEM м. Хмельницький.

Даний універсальний стенд призначений для дослідження аналогових електронних схем побудованих на основі операційних підсилювачів. У склад стенду входять: окремі функціональні схеми призначені для дослідження із можливістю зміни окремих елементів схеми; внутрішні контрольно-вимірювальні пристрої, призначені для генерації тестових сигналів різної форми та вимірювання частоти та амплітуди сигналів; блок живлення та розняття для підключення зовнішніх пристроїв контрольно-вимірювальної апаратури. Зовнішній вигляд передньої панелі пристрою наведено на рис. 1.1.

Я видно з рис. 1.1, усі функціональні схеми призначені для досліджень розташовані в центральні області передньої панелі пристрою, і займають більшу її частину.

З метою полегшення вивчення студентами англомовних видань із схемотехніки аналогових пристроїв, назви функціональних схем на передній панелі приведена англійською мовою. До переліку функціональних схем входять:

- інверсний підсилювач (Inv Amplifier);

- не інверсний підсилювач (Non-Inv Amplifier);

- інверсний суматор (Inv Summing Amplifie);

- не інверсний суматор (Non-Inv Summing Amplifier);

- диференційний підсилювач (Difference Amplifier);

- інструментальний підсилювач (Instrumentation Amplifier);

- інтегратор (Integrator);

- диференціатор (Differentiator);

- фільтр низьких частот (Low Pass Active Filter);

- фільтр високих частот (Hige Pass Active Filter);

- мультивібратор (Multivibrator);

- генератор синусоїдальних коливань (SinOscillator);

- випрямляч середніх значень (Full Wave Rectifier);

- компаратор (Comparator).

Рис.1.1 – Зовнішній вигляд передньої панелі лабораторного стенду OpAmp V1.0

Кожна функціональна схема, яка призначена для дослідження організована наступним чином. Для кращого зорового сприйняття кожна функціональна схема на передній панелі виділена за допомогою білого прямокутника, а також представлена її принципова схема. В місцях зображення входів та виходів схеми, встановлені відповідні конструктивні елементи призначені для підведення вхідних та виведення вихідних сигналів. Для виконання студентами досліджень схем згідно індивідуальних завдань, передбачена можливість зміни значень окремих елементів схеми: резисторів та конденсаторів. В кожній схемі використано один або два елементи, значення яких можна змінювати. Схеми включення резисторів та конденсаторів наведені на рис. 1.2. а та б.

Як видно із схем, включення резисторів та конденсаторів відбувається шляхом перемикання перемичок Х1-Х4, причому одночасно може бути замкнена 1, 2, 3 або 4 перемички. Підключення елементів проводиться за паралельною схемою включення, отже при розрахунках студентам слід пригадати формули розрахунків опорів та ємностей резисторів та конденсаторів з’єднаних за паралельними схемами включення.

Усі внутрішні контрольно-вимірювальні пристрої розташовано в правій частина лабораторного стенду. До їх складу входять:

- два вольтметра;

- функціональний генератор;

- частотомір сигналів внутрішнього генератора;

- кнопка вибору форми сигналу із відповідною індикацією світлодіодами (синусоїдальної, прямокутної та трикутної);

- два змінних резистори які задають постійні напруги;

- змінний резистор, що задає напругу зміщення для деяких схем які досліджуються.

Блок живлення розташовано в верхній правій частині передньої панелі. Розняття для підключення зовнішньої контрольно-вимірювальної апаратури розміщено у верхній лівій частині пристрою. До групи рознятті включено:

- два розняття для підключення зовнішніх контрольно-вимірювальних приладів (типу BNC);

- три розняття для підключення штирових виводів, один з яких з’єднано із загальною шиною 0 В.

Для організації внутрішніх зв’язків між окремими блоками лабораторного стенду використано 12 внутрішніх ліній зв’язку, конструктивно які виконано дванадцятьма друкованими провідниками. За допомогою перемичок будь-яку із ліній можна з’єднати із входом або виходом будь-якої функціональної схеми, внутрішнім контрольно-вимірювальним пристроєм, розняттям. Конструктивне виконання перемичок наступне. Біля кожного входу або виходу розташовано група штирьових контактів розміщених в три ряди. Центральний ряд контактів з’єднаний між собою та входом або виходом відповідного блоку макету. Контакти розміщені в крайніх рядах з’єднані кожний із своєю лінією зв’язку. Нумерація ліній проводиться від першої до шостої та від сьомої до дванадцятої лінії, біля яких розміщені відповідні цифрові позначки. Для підключення входу або виходу до відповідної лінії потрібно, надягнути на один із центральних штирків та штирок із відповідним номером на крайніх рядах, перемичку. Для розміщення перемичок використовується тридцять подвійних груп штирьових виводів в лівій частині передньої панелі лабораторного макету, які не під’єднано до жодного кола електричної схеми макету.

Внутрішній блок живлення лабораторного макету забезпечує напругу живлення ±12В.

Вольтметри вимірюють напругу в діапазоні від ±12В, з похибкою 0,02 В.

Внутрішній генератор сигналів забезпечує встановлення вихідної частоти в діапазоні частот від 0,1 кГц до 100 кГц, з точністю в діапазоні від 0,1 до 1 кГц - 10 Гц, в діапазоні від 1 до 100 кГц - 100 Гц

Змінні резистори дозволяють змінювати напругу від -12 В до 12 В.

Для виконання лабораторних робіт можна використовувати інші прилади (частотоміри, характерографи, аналізатори спектра, лабораторні блоки живлення, осцилографи й інші).

Один з них, осцилограф, є універсальним приладом, що дозволяє робити різноманітні виміри в електричних і електронних ланцюгах. За допомогою осцилографа можна визначати амплітуду, форму сигналів, зсув фаз, спостерігати процеси, що змінюються в часі, досліджувати спектральні характеристики і проводити інші різні виміри. За допомогою осцилографа вимірюють також напругу постійного струму.

Для дослідження електронних схем бажано застосовувати двоканальні або двопроменеві осцилографи, що дозволяють побачити на екрані сигнали в двох різних точках досліджуваної схеми одночасно, наприклад вхідний і вихідний. Це дозволяє наочно простежити взаємозв'язок сигналів у будь-якій точці схеми. Аналогічний результат можна одержати і на однопроменевому осцилографі, якщо на його вхід підключити електронний комутатор, що по черзі підключає до входу осцилографа дві або чотири точки досліджуваної схеми. У залежності від частоти переключення генератором комутатора його входів на вихід (вхід осцилографа) осцилограми досліджуваних напруг на екрані зображуються штриховими або суцільними лініями. Поворотом відповідних ручок комутатора можна установити бажані масштаби кривих, а також зміщати їхнього зображення нагору і вниз від нейтралі, тобто розташовувати відповідно до вимог експерименту.