close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Makarova

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА
Методические рекомендации
по выполнению лабораторных работ
Санкт-Петербург
2015
Составитель – Л. М. Макарова
Рецензент – И. Н. Меньшова
Приведены методические рекомендации по выполнению 24 лабораторных работ, которые служат для закрепления теоретического материала по основным темам электронных дисциплин.
Предназначены для студентов, обучающихся по специальностям
среднего профессионального образования 12.02.01 – «Авиационные
приборы и комплексы»; 15.02.07 – «Автоматизация технологических
процессов и производств»; 09.02.01 – «Компьютерные системы и
комплексы»; 13.02.10 – «Электрические машины и аппараты», для
подготовки и выполнения лабораторных работ по дисциплинам электронного цикла.
Публикуется в авторской редакции.
Компьютерная верстка Ю. В. Умницына
Подписано к печати 08.12.15. Формат 60 × 84 1/16.
Бумага офсетная. Усл. печ. л. 6,4. Тираж 100 экз. Заказ № 509.
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67
© Санкт-Петербургский государственный
университет аэрокосмического
приборостроения, 2015
ВВЕДЕНИЕ
Лабораторные работы являются неотъемлемой частью образовательной программы в соответствии с ФГОС среднего профессионального образования.
Представлены методические рекомендации для проведения 24
лабораторных работ по электронной технике, которые могут быть
использованы при изучении следующих дисциплин:
«Электронная техника» – специальность 12.02.01 – «Авиационные приборы и комплексы» и 15.02.07 – «Автоматизация технологических процессов и производств»;
«Прикладная электроника» – специальность 09.02.01 – «Компьютерные системы и комплексы»;
«Электротехника и электроника» – специальность 13.02.10 –
«Электрические машины и аппараты».
Лабораторные работы должны проводиться после изучения отдельных разделов и тем и служить для закрепления теоретического
материала, а также приобретения практических навыков в работе
с отдельными полупроводниковыми приборами, с электронными
схемами и измерительными приборами.
При выполнении лабораторных работ обучающиеся должны
применять знания, полученные при изучении Физики, Математики, Материаловедения, Электротехники.
Лабораторные работы проводятся по следующим основным разделам и темам:
– Электронные приборы – исследуются диоды, биполярные и
полевые транзисторы, тиристоры, оптроны;
– Источники питания – исследуются выпрямители, фильтры,
стабилизаторы;
– Усилители и генераторы – исследуются различные типы усилителей, автогенераторы;
3
– Импульсные устройства – исследуются дифференцирующие и
интегрирующие цепи, ограничители амплитуды, мультивибраторы, генераторы линейно-изменяющегося напряжения;
– Логические элементы цифровых устройств – исследуются элементы типа ТТЛ, ЭСЛ.
В результате выполнения лабораторных работ обучающиеся
приобретают или закрепляют следующие знания, умения и навыки:
– использование Международной системы единиц и осуществление перевода единиц физических величин;
– использование учебной и справочной литературы;
– использование знаний, полученных при изучении других дисциплин;
– умение самостоятельно собирать схемы для проведения исследований;
– умение пользоваться различными электроизмерительными
приборами;
– умение графически отображать результаты исследований;
– использовать теоретические знания для анализа результатов
измерений.
Методические рекомендации предназначены для предварительной подготовки и выполнения лабораторных работ по электронной
технике.
4
Лабораторная работа № 1
«ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО ДИОДА»
1. Цель работы
Снятие вольтамперной характеристики выпрямительного диода.
2. Содержание работы
1. Сборка и опробование схемы.
2. Снятие вольтамперной характеристики выпрямительного полупроводникового диода I = f(U).
3. Построение вольтамперной характеристики выпрямительного диода.
3. Перечень используемого оборудования
1. Выпрямительный диод и стабилитрон с ограничительным
сопротивлением R1 = 1 кОм, смонтированные на контактной колодке.
2. Универсальная измерительная установка.
3. Соединительные провода для сборки схемы.
4. Методические указания
Схемы для снятия характеристик приводятся на рис. 1.3 и 1.4.
Элементы схемы, обведенные пунктирной линией, для удобства
работы смонтированы на восьмиконтактной колодке, вставленной
в выносной коммутационный блок. Принципиальная схема соединения элементов, установленных на колодке, приведена на рис. 1.1.
Номера контактов колодки, а следовательно и номера клемм коммутационного блока, указаны в местах пересечения пунктирной и
соединительных линий.
Значение ЭДС источника постоянного тока зависит от типа исследуемого диода. Однако, в большинстве случаев, достаточно прикладывать к диоду в прямом направлении напряжение порядка
1–1,5 В, а в обратном 20–30 В.
Вид вольтамперной характеристики выпрямительного диода
приведен на рис. 1.2.
5
VD1
3
1
R1
6
8
VD2
4
Рис. 1.1. Схема включения выпрямительного диода
I ïð
U î áð
U ïð
U î áð max
I î áð
Рис. 1.2. ВАХ диода
5. Последовательность выполнения работы
1. Снятие прямой ветви ВАХ диода.
1.1. Собрать схему (рис. 1.3), используя оборудование, указанное в п.3.
25 мА
+ +
À1
2,5 Â
1
+
V1 2,5 Â
VD1
3
Рис. 1.3. Схема для снятия прямой ветви ВАХ диода
6
1.2. Пригласить преподавателя и вместе с ним произвести опробование схемы под током. Необходимо убедиться, что зависимость
тока от напряжения соответствует прямой ветви ВАХ диода. В процессе опробования уточняют пределы измерения вольтметра и миллиамперметра.
1.3. Снять прямую ветвь ВАХ диода Iпр = f(Uпр), увеличивая напряжения от 0 до 1,0 В. При этом ток через диод не должен превышать своего максимального допустимого значения для данного типа диода. Данные занести в табл. 5.1 (для диода Д206
IПР max = 100 мА.
Таблица 1.1
Зависимость Iпр = f(Uпр) для прямого включения диода
Uпр, В
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Iпр, мА
Уменьшить плавной регулировкой напряжение источника до
нуля и отключить соединительные провода.
2. Снятие обратной ветви ВАХ диода.
2.1. Собрать схему (рис. 1.4) для снятия обратной ветви ВАХ диода.
2.2. Пригласить преподавателя и вместе с ним произвести опробование схемы под током. Необходимо убедиться, что зависимость
тока от напряжения соответствует обратной ветви ВАХ.
2.3. Снять зависимость Iобр = f(Uобр) для обратного включения
диода, увеличивая напряжение от 0 до 20 В. Данные занести в табл.
1.2 (для диода Д206 IОБР max = 50 мкА.
Таблица 1.2
Зависимость Iобр = f(Uобр) для обратного включения диода
Uобр, В
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Iобр, мкА
+
20 Â
50 мкА
+
À1
3
+
V1 25 В
VD1
1
Рис. 1.4. Схема для снятия прямой ветви ВАХ диода
7
2.4. По данным табл. 1.1 и 1.2 построить ВАХ полупроводникового диода.
3. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6. Контрольные вопросы
1. Какими носителями заряда создан ток при прямой полярности приложенного напряжения?
2. Какими носителями заряда создан ток при обратной полярности приложенного напряжения?
3. Указать основное свойство выпрямительного диода.
8
Лабораторная работа № 2
ИССЛЕДОВАНИЕ КРЕМНИЕВОГО СТАБИЛИТРОНА
1. Цель работы
Снятие вольтамперной характеристики стабилитрона.
2. Содержание работы
1. Сборка и опробование схемы.
2. Снятие вольтамперной характеристики стабилитрона I = f(U).
3. Построение вольтамперной характеристики стабилитрона.
3. Перечень используемого оборудования
1. Выпрямительный диод и стабилитрон с ограничительным сопротивлением R1 = 1 кОм, смонтированные на контактной колодке.
2. Универсальная измерительная установка.
3. Соединительные провода для сборки схемы.
4. Методические указания
1. Схемы для снятия характеристик приводятся на рис. 2.1 и 2.2.
2. Элементы схемы, обведенные пунктирной линией, для удобства работы смонтированы на восьмиконтактной колодке, вставленной в выносной коммутационный блок. Принципиальная схема соединения элементов, установленных на колодке, приведена
VD1
3
1
R1
8
6
VD2
4
Рис. 2.1. Схема включения кремниевого стабилитрона
9
Iï ð
U î áð
U ïð
U ñò min
U ñò max
I cò min
I ñò max
I î áð
Рис. 2.2. ВАХ стабилитрона
на рис. 2.1. Номера контактов колодки, а следовательно и номера
клемм коммутационного блока, указаны в местах пересечения пунктирной и соединительных линий.
3. При исследовании обратной ветви ВАХ стабилитрона особенно тщательно следует снимать участок стабилизации. При этом необходимо иметь в виду, что обратный ток стабилитрона не должен
превышать паспортного значения 29 мА. Несоблюдение этого требования может привести к необратимому процессу в p-n переходе и
повреждению стабилитрона.
4. Вид вольтамперной характеристики стабилитрона приведен
на рис. 2.2.
5. Последовательность выполнения работы
1. Снятие прямой ветви ВАХ стабилитрона.
1.1. Проверить соответствие монтажа элементов R1, VD1, VD2
на восьмиконтактной колодке принципиальной схемы (рис. 2.1),
при наличии каких-либо дефектов монтажа обратиться к преподавателю.
1.2. Собрать схему (рис. 2.3.), используя оборудование, указанное в п.3.
1.3. Пригласить преподавателя и вместе с ним произвести опробование схемы под током. Необходимо убедиться, что зависимость
тока от напряжения соответствует прямой ветви ВАХ стабилитро10
+ 25 ìÀ
+ À1
R1
4
+
V1 2,5 Â
2,5 Â
8
VD1
6
Рис. 2.3. Схема для снятия прямой ветви ВАХ стабилитрона
на. В процессе опробования уточняют пределы измерения вольтметра и миллиамперметра.
1.4. Снять зависимость I = f(U) для прямого включения стабилитрона. Данные занести в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Зависимость I = f(U) для прямого включения стабилитрона
U, В
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
I, мА
Уменьшить плавной регулировкой напряжения источника до
нуля.
2. Снятие обратной ветви ВАХ стабилитрона.
2.1. Собрать схему (рис. 2.4) для снятия обратной ветви ВАХ
стабилитрона.
2.2. Пригласить преподавателя и вместе с ним произвести опробование схемы под током. Необходимо убедиться, что зависимость
тока стабилитрона и напряжения на нем от напряжения источника
соответствует обратной ветви ВАХ стабилитрона.
+
20 Â
15 ìÀ
8
+ À1
+
V1 25 Â
R1
6
+
VD2 V2 25 Â
4
Рис. 2.4. Схема для снятия обратной ветви ВАХ стабилитрона
11
2.3. Снять зависимость I = f(U) для обратного включения стабилитрона. Данные занести в табл. 2.2 (для Д809 IСТ max = 29 мА).
Таблица 2.2
Зависимость Iст = f(U), и Uст = f(U) для обратного включения
стабилитрона
U, В
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Uст, В
Iст, мА
2.4. По данным табл. 2.1 и 2.2 построить ВАХ кремниевого стабилитрона.
3. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6. Контрольные вопросы
1. Указать основное свойство стабилитрона.
2. В чем отличие ВАХ стабилитрона?
3. Выделить на ВАХ стабилитрона рабочий участок и объяснить
его.
12
Лабораторная работа № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТРОНА
1. Цель работы
Применив различные способы включения оптрона АОТ102Г, исследовать его работу в фотодиодном и фоторезисторном режимах.
2. Содержание работы
1. Снятие зависимости выходного тока от входного напряжения
при работе оптрона в фотодиодном режиме. Построение графика
зависимости I2 = f (I1).
2. Снятие зависимости выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе. Построение графика зависимости I2 = f (E2), при I1 = const.
3. Перечень оборудования
1. Универсальная измерительная установка.
2. Оптрон АОТ 102Г.
3. Соединительные провода.
4. Методические указания
В лабораторной работе исследуется оптрон с однопереходным
транзистором АОТ 102Г.
Если соединить выводы 8 и 3, то фототранзистор будет работать
как фотодиод.
5
1
8
7
3
Рис. 3.1. Оптрон с однопереходным транзистором
13
5
8
3
1
7
Рис. 3.2. Включение оптрона в фотодиодном режиме
8
5
3
7
1
Рис. 3.3. Включение оптрона в фоторезисторном режиме
Если соединить выводы 3 и 7, то фототранзистор будет работать
как фоторезистор.
5. Последовательность выполнения работы
1. Исследование работы оптрона в фотодиодном режиме.
Собрать схему в соответствии с рисунком 3.4, используя вольтметр, амперметры с пределами измерения A1 – 25 мА, A2 –50 мкА,
резистор – R1 – 510 Ом.
Меняя напряжение источника входного сигнала, установить
значение входного тока I1 по прибору A1 в соответствии с табл. 3.1
и измерить соответствующие значения выходного тока I2 по прибору A2.
Таблица 3.1
I1(мА)
I2(мкА)
14
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
R1
+
25 ì À
+
À1
DL
5
+
12 Â
V1
8
25 Â
3
1
50 ìêÀ
+
À2
7
Рис. 3.4. Схема для снятия характеристики I2 = f(I1)
Построить график зависимости I2 = f (I1).
2. Исследование работы оптрона в фоторезисторном режиме
Собрать схему в соответствии с рисунком 3.5, используя V1и V2
с пределами измерения 25 В и амперметры A1 – с пределом измерения
25 мА и A2 – с пределом измерения 500 мкА, резистор R1– 510 Ом.
Меняя напряжение источника питания E2 в выходной цепи в соответствии с табл. 3.2, измерить соответствующие значения выходного тока I2 при отсутствии тока во входной цепи (I1 = 0) и при
I1= 5 мА.
Таблица 3.2
E2 (В)
I1 (мА)
0
1
2
3
4
5
I2 (мкА)
0
5 мА
Построить график зависимости I2 = f(E2), при I1 = const.
+
12 Â
R1
25 ì À
+
À1
5
DL
+
V1 25 Â
8
3
1
7
0.5 ì À
+ À2
+
V2 25 Â
+
20 Â
Рис. 3.5. Схема для снятия характеристики
I2 = f(E2), при I1= const
15
3. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6. Контрольные вопросы
1. Что такое диодный оптрон, резисторный оптрон?
2. Как изменяется ток фотодиода при увеличении прямого тока
через светодиод оптрона и почему?
3. Как изменяется ток фоторезистора при увеличении напряжения в выходной цепи оптрона?
4. Какая из характеристик I2 = f(E2) идет выше: при I1 = 0 или
при I1 = 5 мА и почему?
5. Где используются оптроны?
16
Лабораторная работа № 4
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРА, ВКЛЮЧЕННОГО
ПО СХЕМЕ С ОБЩЕЙ БАЗОЙ
1. Цель работы
Снятие характеристик и определение h-параметров транзистора, включенного по схеме с общей базой.
2. Содержание работы
1. Сборка и опробование схемы.
2. Снятие входных статических характеристик IЭ = f(UЭ-Б) при
UК-Б = const.
3. Снятие выходных статических характеристик транзистора
IК = f(UК-Б) при IЭ = const.
4. Построение графиков статических характеристик транзистора.
5. Определение по статическим характеристикам h-параметров
транзистора:
Входного сопротивления h11 = ∆UЭ-Б/∆IЭ при UКБ = const.
Коэффициента обратной связи h12 = ∆UЭ-Б/∆UК-Б при IЭ = const.
Коэффициента передачи по току h21 = ∆IК/∆IЭ при UКБ = const.
Выходной проводимости h22 = ∆IК /∆UК-Б при IЭ = const.
3. Перечень используемого оборудования
1. Исследуемый транзистор.
2. Универсальная измерительная установка.
3. Соединительные провода для сборки схемы.
4. Методические указания
Схема для снятия характеристик транзистора, включенного по
схеме с общей базой, приведена на рис. 4.1.
В схеме имеются два источника, которые позволяют изменять
независимо напряжения на эмиттере и коллекторе транзистора.
Исследуемый транзистор вставляют в выносной коммутационный блок.
Цоколевка транзистора приведена на рис. 4.2.
17
25 ì À
+
À1
2,5 Â
3
1
V1
25 ì À
+
À2
+
+
V2 25 Â
2,5 Â
20 Â
+
2
+
Рис. 4.1. Схема для снятия характеристик транзистора
3
Êîëëåêòîð
Ýìèòòåð
2
1
Á àçà
Рис. 4.2. Цоколевка транзистора
В процессе работы со схемой необходимо следить, чтобы токи
и напряжения не превышали допустимых значений для данного
типа транзистора.
Семейства входных и выходных характеристик транзистора,
включенного по схеме с общей базой, представлены на рис. 4.3 и 4.4.
IÝ
UÊ-Á = 5Â
U Ê-Á = 0 Â
UÝ -Á
Рис. 4.3. Входные характеристики
18
IК
I Э3
I Э2
I Э1
UК-Б
Рис. 4.4. Выходные характеристики
h-параметры транзистора, указанные в содержании работы,
определяются после построения характеристик.
5 Последовательность выполнения работы:
1. Вставить транзистор в коммутационный блок с учетом указаний в пункте 4.
Собрать схему (рис. 4.1), используя оборудование, указанное
в пункте 3.
Пригласить преподавателя и вместе с ним произвести опробование схемы под током.
В процессе опробования уточняют пределы измерения приборов.
2. Снятие входных статических характеристик транзистора.
IЭ = f(UЭ-Б) при UК-Б = const
3. Результаты измерения занести в табл. 4.1.
Таблица 4.1
Зависимость IЭ = f(UЭ-Б) при UК-Б = const
UЭ-Б (В)
UК-Б (В)
0
0.2
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.2
IЭ (мА)
0
10
15
19
3. Снятие выходных статических характеристик транзистора.
IК = f(UК-Б) при IЭ = const
Результаты измерений занести в табл. 4.2.
Таблицаа 4.2
Зависимость IК = f(UК-Б) при IЭ=const
UК-Б (В)
IЭ (мА)
0
1
2
3
4
6
8
10
IК (мА)
5
7.5
10
4. По данным табл. 4.1 и 4.2 построить графики входных и выходных статических характеристик транзистора.
5. Пользуясь семействами характеристик, определить h-параметры,
указанные в п.5 содержания работы.
3. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6 Контрольные вопросы:
1. Почему с увеличением напряжения на эмиттере ток эмиттера
возрастает?
2. Как влияет напряжение на коллекторе на положение входной
характеристики?
3. Как влияет величина тока эмиттера на положение выходной
характеристики?
4. Что такое обратный ток коллектора?
5. Чему равен ток коллектора и ток базы при Iэ=0?
20
Лабораторная работа № 5
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРА,
ВКЛЮЧЕННОГО ПО СХЕМЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ
1. Цель работы
Снятие характеристик и определение h-параметров транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.
2. Содержание работы
1. Сборка и опробование схемы.
2. Снятие входных статических характеристик транзистора.
IБ = f (UБ-Э), при UК-Э = const
3. Снятие выходных статических характеристик транзистора.
IК = f(UК-Э), при IБ = const
4. Построение графиков статических характеристик транзистора.
5. Определение по статическим характеристикам h-параметров
транзистора:
Входного сопротивления h11Э = ∆UБ-Э/∆ IБ при UК-Э= const.
Коэффициента обратной связи h12Э = ∆UБ-Э/∆UК-Э при IБ = const.
Коэффициента передачи току h21Э = ∆IК/∆IБ при UК-Э= const.
Выходной проводимости h22Э = ∆IК/∆UК-Э при IБ = const
3. Перечень используемого оборудования
1. Исследуемый транзистор.
2. Универсальная измерительная установка.
3. Соединительные провода для сборки схемы.
4. Методические указания
Схема для снятия характеристик транзистора, включенного по
схеме с общим эмиттером, приведена на рис. 5.1.
В схеме имеются два источника, которые позволяют изменять
независимо напряжение на базе и коллекторе транзистора.
Исследуемый транзистор установлен в сменный блок таким образом,
чтобы эмиттеру соответствовала клемма –1, базе –2, коллектору –3.
21
+
+
1 ìÀ
3
À1
25 ìÀ
À2
+
+
2,5 Â
V1
+
+
2,5 Â
V2 5 Â
2
20 Â
1
Рис. 5.1. Схема для снятия характеристик транзистора
3
Ýìèòòåð
Êîëëåêòîð
2
1
Á àçà
Рис. 5.2. Цоколевка транзистора
Цоколевка транзистора приведена на рис. 5.2.
В процессе работы со схемой необходимо следить, чтобы токи
и напряжения не превышали допустимых значений для данного
типа транзисторов.
Семейства входных и выходных характеристик транзистора,
включенного по схеме с общим эмиттером, представлены на рис.
5.3 и 5.4.
IБ
UК- Э = 0 Â
UК- Э = +5 Â
U Б-Э
Рис. 5.3. Входные характеристики
22
IБ1 < IБ2 < IБ3
I Б3
IК
I Б2
I Б1
U К-Б
Рис. 5.4. Выходные характеристики
h-параметры транзистора, указанные в содержании работы,
определяются после построения характеристик.
5. Последовательность выполнения работы
1. Вставить сменный блок с транзистором в разъем на универсальной измерительной установке.
Собрать схему (рис. 5.1), используя оборудование, указанное
в пункте 3.
Пригласить преподавателя и вместе с ним произвести опробование схемы под током. В процессе опробования уточняют пределы
измерения вольтметра и миллиамперметра.
2. Снятие входных статических характеристик транзистора.
Зависимость IБ = f(UБ-Э) при UК-Э = const.
Результаты измерений занести в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Зависимость IБ= f(UБ-Э) при UК-Э= const
UК-Э (В)
UБ-Э (В)
0
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
IБ (мкА)
1.0
1.1
1.2
1.5
1.5
3.5
3. Снятие выходных статических характеристик транзистора.
Зависимость IК = f(UК-Э) при IБ = const.
Результаты измерений занести в табл. 5.2.
23
Таблица 5.2
Зависимость IК = f(UК-Э) при IБ = const
UК-Э (В)
IБ (мкА)
0
0.5
1
1.5
2
IК (мА)
2.5
3
4
5
100
300
4. По данным табл. 5.1. и 5.2. построить графики входных и выходных характеристик.
5. Пользуясь семействами входных и выходных характеристик,
определить h-параметры транзистора, указанные в пункте 5 содержания работы.
6. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6. Контрольные вопросы
1. Почему с увеличением напряжения на базе ток базы возрастает?
2. Как влияет напряжение на коллекторе на положение входной
характеристики?
3. Почему на рабочем участке выходной характеристики ток
коллектора мало зависит от напряжения на коллекторе?
4. Как влияет величина тока базы на положение выходной характеристики?
5. Чему равен ток коллектора и ток базы при IЭ=0?
24
Лабораторная работа № 6
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА
1. Цель работы
Снятие характеристик и определение параметров полевого транзистора.
2. Содержание работы
1. Сборка и опробование схемы.
2. Снятие проходных (стоко-затворных) характеристик полевого транзистора Ic = f(Uз) при Uc = const.
3. Снятие выходных (стоковых) характеристик.
Ic = f(Uc) при Uз = const.
4. Построение графиков проходных и стоковых характеристик
полевого транзистора.
5. Определение по характеристикам следующих параметров:
Крутизны проходной характеристики S = ∆Ic / ∆Uз при Uc = const.
Напряжения отсечки Uзо – напряжение на затворе, при котором
Ic = 0.
Начального тока стока Icо при Uз = 0.
Выходного сопротивления Rвых = ∆Uc / ∆ Ic при Uз = const.
3. Перечень используемого оборудования
1. Исследуемый транзистор.
2. Универсальная измерительная установка.
3. Соединительные провода для сборки схемы.
4. Методические указания
Схема для снятия характеристик полевого транзистора приведена
на рис. 6.1.
В схеме предусмотрены два источника питания, которые позволяют изменять напряжения на затворе и стоке независимо друг от
друга. Исследуемый полевой транзистор вставляется в выносной
коммутационный блок таким образом, чтобы истоку соответствовала клемма 1, стоку – клемма 3, затвору – клемма 5.
25
100 ìÀ
+
À1
+
3
5
12 Â
V1
+
+
1
V2
25 Â
5Â
+
Рис. 6.1. Схема для снятия характеристик
полевого транзистора
Ñòîê
Èñòîê
3
1
Çàòâîð
Êîðïóñ
4
5
Рис. 6.2. Цоколевка полевого транзистора
IC
I C0
UC1
UC2
U З0
UЗ
Рис 6.3. Проходные характеристики
26
20 Â
IC
U З1 = 0
U З2
|U З2 | < |UЗ33 |
U З3
UC
Рис. 6.4. Выходные характеристики
Цоколевка полевого транзистора приведена на рис. 6.2.
В процессе работы со схемой необходимо следить, чтобы токи
и напряжения не превышали допустимых значений для данного
типа транзистора.
Семейства проходных и выходных характеристик полевого
транзистора с управляющим p-n переходом представлены на рис.
6.3 и 6.4.
Параметры транзистора, указанные в содержании работы, определяются после построения характеристик.
5. Последовательность выполнения работы
1. Вставить полевой транзистор в коммутационный блок с учетом рекомендаций, изложенных выше.
Собрать схему, изображенную на рис. 6.1, используя оборудование, указанное выше.
Пригласить преподавателя и вместе с ним произвести опробование схемы.
2. Снять проходные характеристики полевого транзистора.
Зависимость Ic = f(Uз) при Uc = const.
Результаты измерений занести в табл. 6.1.
3. Снять выходные характеристики полевого транзистора. Зависимость Ic = f(Uc) при Uз = const.
Результаты измерений занести в табл. 6.2.
27
Таблица 6.1
Зависимость Ic = f(Uз) при Uc = const
Uз (В)
Uс (В)
–5
–4.5
–4
–3.5
–3
–2.5 –2
Ic (мА)
–1.5 –1.0 –0.5
0
2
5
Таблица 6.2
Зависимость Ic = f(Uc) при Uз = const
Uс (В)
Uз (В)
0
1
2
3
4
6
8
10
Ic (мА)
0
–2
4. По данным табл. 6.1 и 6.2 построить графики проходных и
выходных характеристик полевого транзистора.
5. Пользуясь семейством проходных и выходных характеристик
определить параметры полевого транзистора.
6. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6. Контрольные вопросы
1. Почему с увеличением отрицательного напряжения на затворе ток стока уменьшается?
2. Как влияет напряжение на стоке на величину тока в цепи стока?
3. Сравнить входное сопротивление полевого транзистора и биполярного транзистора. Объяснить различие.
4. Что такое напряжение отсечки?
28
Лабораторная работа № 7
ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРА
1. Цель работы
Снятие вольтамперной характеристики и определение параметров тиристора.
2. Содержание работы
1. Сборка и опробование схемы.
2. Снятие вольтамперной характеристики тиристора Ia=f(Ua)
при Iупр < Iупр min и при Iупр > Iупр min.
3. Построение вольтамперной характеристики тиристора.
4. Определение основных параметров тиристора:
– напряжения включения;
– тока включения.
3. Перечень используемого оборудования:
1. Тиристор.
2. Универсальная измерительная установка.
3. Соединительные провода.
4. Методические указания
Схема для снятия характеристик представлена на рис. 7.1.
Вольтамперная характеристика тиристора представлена на рис. 7.2.
+
200
25 ìÀ
+
À1
200
3
+
V1 25 Â
12 Â
1
100 ìÀ
+
À2
+
+
V2 25 Â
20 Â
6
Рис. 7.1. Схема для исследования тиристора
29
I
3
I выкл
2
I вкл
4
1
0 U ост
I0
Uвкл
U
Рис. 7.2. Вольтамперная характеристика тиристора
Участок 1 соответствует выключенному состоянию тиристора,
когда через него протекает лишь небольшой ток утечки. Сопротивление прибора велико.
Участок 2 соответствует неустойчивому режиму. На этом участке тиристор обладает отрицательным сопротивлением.
Участок 3 соответствует включенному состоянию тиристора. Сопротивление его мало и падение напряжения на приборе незначительно.
Участок 4 – участок обратного напряжения.
Основные параметры тиристора:
Напряжение включения Uвкл – напряжение, при котором ток
через прибор начинает резко возрастать.
Ток включения Iвкл – ток, протекающий через тиристор при напряжении Uвкл.
Ток выключения Iвыкл – наименьший ток через прибор, при котором он еще остается во включенном состоянии.
Ток утечки I0 – ток через прибор в запертом состоянии.
Остаточное напряжение Uост – прямое напряжение, соответствующее номинальному току через прибор во включенном (открытом)
состоянии.
5. Последовательность выполнения работы
1. Собрать схему (рис. 7.1), используя оборудование.
Пригласить преподавателя и вместе с ним произвести включение схемы.
2. Определить минимальное значение тока управления тиристора при Ea = 20 В: Iупр min = 30
Для этого установить Ea = 20 В и, изменяя ток управления, найти минимальное значение тока, при котором произойдет включение тиристора.
Необходимо помнить, что выключать тиристор можно только
уменьшив анодное напряжение до нуля, а ток управления до величины Iупр < Iупр min.
3. Снять вольтамперную характеристику тиристора Ia=f(Ua) при
Iупр < Iупр min.
Результаты измерений занести в табл. 7.1
Таблица 7.1
I упр. min > I упр.=
E (В)
Ua (В)
Ia (мА)
0
2.5
5.0
7.5
(мА) тиристор закрыт
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
4. Снять вольтамперную характеристику тиристора Ia=f(Ua) при
Iупр > Iупр min.
Для этого вольтметр на 25 В, измеряющий анодное напряжение,
заменить другим вольтметром с пределом измерения 2.5 В.
Результаты измерений занести в табл. 7.2.
Таблица 7.2
I упр. min < I упр.=
E (В)
Ua (В)
Ia (мА)
0
2.5
5.0
7.5
(мА) тиристор открыт
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
5. По данным табл. 7.1 и 7.2 построить график вольтамперной
характеристики тиристора.
6. Определить по вольтамперной характеристике параметры тиристора, указанные в п. 2.4.
7. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6. Контрольные вопросы
1. Дать краткую характеристику двум устойчивым состояниям
тиристора.
2. Чем объяснить переход тиристора из запертого состояния во
включенное (открытое)?
3. Какова роль управляющего электрода?
31
Лабораторная работа № 8
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЯ
1. Цель работы
Определение влияния характера и величины нагрузки на работу
мостового выпрямителя.
2. Содержание работы
1. Снятие осциллограмм выходного напряжения выпрямителя
при различной емкости конденсатора фильтра.
2. Снятие зависимости выпрямленного напряжения и тока от сопротивления активной нагрузки при различной емкости конденсатора фильтра
U0 = f1(Rн) и I0 = f2(Rн) при Uвх – const, Cф – Var
3. Построение соответствующих внешних характеристик выпрямителя U0 = f3(I0).
4. Расчет КПД выпрямителя и построение соответствующих зависимостей КПД от сопротивления активной нагрузки η = f4(Rн)
при различной емкости конденсатора фильтра. Объяснение полученных результатов и ответы на контрольные вопросы.
3. Перечень оборудования
1. Вольтметр универсальный типа Э 515.
2. Вольтметр типа В7-15.
3. Миллиамперметр универсальный типа Э 513.
4. Электронный осциллограф С1-55.
5. Макет исследуемого выпрямителя.
4. Методические указания
Принципиальная схема исследуемого выпрямителя с подключенными измерительными приборами приведена на лицевой панели макета. Источником входного переменного напряжения Uвх
является силовой трансформатор, расположенный внутри блока
32
питания. Включение его производится тумблером «Сеть», находящимся на лицевой панели блока питания.
Вольтметр типа Э 515 служит для измерения действующего значения синусоидального переменного напряжения Uвх, подаваемого
на мостовой выпрямитель VD1…VD4.
Миллиамперметр типа Э513 служит для измерения постоянной
составляющей выпрямленного тока.
Вольтметр типа В7-15 служит для измерения постоянной составляющей выпрямленного напряжения Uо.
Электронный осциллограф (ЭО) служит для визуального наблюдения формы выпрямленного напряжения.
Тумблер SA1 служит для подключения к выходу выпрямителя
конденсаторов фильтра различной емкости:
– в положении 1 подключается С1 = 20 мкФ;
– в положении 2 емкость фильтра равна нулю;
– в положении 3 подключается С2 = 200 мкФ.
Переключатель SA2 служит для изменения сопротивления активной нагрузки выпрямителя:
– в положении 1 Rн = 250 Ом;
– в положении 2 Rн = 500 Ом;
– в положении 3 Rн = 750 Ом;
– в положении 4 Rн = 1000 Ом;
– в положении 5 Rн = ∞ (холостой ход).
Подготовка к работе.
Тумблер «Сеть» блока питания – выключить. Подключить измерительные приборы, как указанно на схеме, при этом на вольтметрах кнопки «Выкл» нажать. На вольтметре типа В7-15 установить
предел шкалы «30V» и подключить соединительные проводники
к его соответствующим клеммам. На ЭО тумблер «Питание» – выключить, вход «Y» – заземлить.
На макете установить органы управления в среднее положение.
Подготовленную к работе лабораторную установку предъявить для проверки преподавателю и получить разрешение на работу.
5. Последовательность выполнения работы
1. Включить питание ЭО и В7-15 и дать им прогреться в течении
2–3 минут. Установить линию развертки в нижней части экрана
ЭЛТ, затем переключить вход «Y» для наблюдения постоянного
напряжения.
33
Включить тумблер «Сеть» блока питания и получить на экране
ЭЛТ устойчивое изображение выпрямленного напряжения.
2. Зарисовать осциллограммы выходного (выпрямленного) напряжения при всех положениях переключателя SA1, отметив величину соответствующей емкости.
Осью абсцисс является линия развертки при заземленном входе
«Y». Обратить внимание на изменение амплитуды пульсации выпрямленного напряжения.
3. Снять зависимость выпрямленного напряжения и тока от сопротивления активной нагрузки при различной емкости конденсатора фильтра.
Устанавливая согласно данным таблицы органы управления макетом SA1, SA2, занести в табл. 8.1 показания измерительных приборов и величину емкости конденсатора фильтра.
Таблица 8.1
Положение органов
управления
SA 1
2
Сф= 0
1
Cф=20 мкФ
SA 2
Измерить
Uвх, В
U0, B
Рассчитать
I0, мA
η%
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
3
Cф=200 мкФ
1
2
3
4
5
По формуле η =
U0
2Uâõ
100% рассчитать КПД выпрямителя для
всех значений нагрузки и емкости конденсатора фильтра. Результаты занести в табл. 8.1.
34
По данным табл. 8.1 построить внешние характеристики выпрямителя в единой системе координат.
По данным расчетов построить зависимости η = f4(Rн) в единой
системе координат.
4. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6. Контрольные вопросы
1. Как влияет емкость конденсатора фильтра на амплитуду
пульсаций выпрямленного напряжения и почему? Показать на осциллограммах.
2. Как влияет емкость конденсатора фильтра на ход внешней характеристики выпрямителя?
3. Как влияет емкость конденсатора фильтра на КПД выпрямителя?
4. Почему, несмотря на неизменность входного напряжения, выходное напряжение выпрямителя меняется в зависимости от тока
нагрузки?
35
Лабораторная работа № 9
ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРНЫХ УПРАВЛЯЕМЫХ
ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
1. Цель работы
Исследование работы однополупериодной и мостовой схем тиристорных выпрямителей.
2. Содержание работы
1. Наблюдение сдвига фаз между входным и управляющим напряжением.
2. Наблюдение формы выходного напряжения и снятие регулировочной характеристики мостовой схемы тиристорного выпрямителя.
3. Наблюдение формы выходного напряжения и снятие регулировочной характеристики однополупериодной схемы тиристорного выпрямителя.
4. Анализ полученных результатов и ответы на контрольные вопросы.
3. Перечень оборудования
1. Источник входного сигнала.
2. Электронный осциллограф С1-55.
3. Электронный вольтметр В7-15.
4. Лабораторный макет.
4. Методические указания
Структурная схема лабораторной установки для наблюдения
угла сдвига фаз между входным и управляющим напряжениями
приведена на рис.9.1.
Источник входного сигнала формирует синусоидальное напряжение частотой 50 герц. Со вторичной обмотки выходного трансформатора (клеммы «~22 В») напряжение подается на клеммы 1–3
макета, а с клеммы вывода средней точки выходного трансформатора «СТ» – на клемму 2 лабораторного макета.
36
ЭО
«y»
Внешняя
синхронизация
4 5 6 7
Источник СТ
входного
сигнала
3
2
1
Исследуемый
макет
Рис. 9.1. Структурная схема лабораторной установки
для наблюдения сдвига фаз между Uвх и Uупр
Электронный осциллограф служит для наблюдения угла сдвига
фаз между входным и управляющим напряжениями, а также формы выходного напряжения. Работает в режиме внешней синхронизации, напряжение которой подается с клемм макета 6–7.
Примечание: при подаче напряжения синхронизации на осциллограф соединить клемму 6 макета с гнездом «^», а клемму 7 макета с гнездом «1:1» внешней синхронизации, расположенными
в правой части лицевой панели осциллографа.
Управляющее напряжение подается на вход «У» осциллографа
c выхода фазовращателя макета R1C1 (клеммы 4–5). Фаза этого напряжения сдвигается относительно входного напряжения при помощи потенциометра R1 макета. Тумблер S1 макета предназначен
для выбора схемы выпрямителя:
В положении 1 – мостовая схема (управляющее напряжение подается на оба тиристора VД4, VД6);
В положении 2 – однополупериодная схема (управляющее напряжение подается только на тиристор VД6).
Структурная схема лабораторной установки для наблюдения
формы выходного напряжения и снятия регулировочной характеристики Uвых = ƒ(j) выпрямителя приведена на рис.9.2.
Источник входного синусоидального напряжения подключается аналогично.
Электронный осциллограф служит для наблюдения выходного
напряжения. Его синхронизация аналогична описана выше. Выходное напряжение тиристорных выпрямителей подается на вход
«У» осциллографа с клемм 8–9 макета.
37
ЭО
«y»
Внешняя
синхронизация
45 6 7
Источник СТ
входного
сигнала
3
2
1
8
Исследуемый
макет
PU
9
Рис. 9.2. Структурная схема лабораторной установки
для изменения и наблюдения Uвых
Вольтметр постоянного тока PU, в качестве которого используется вольтметр В7-15, служит для измерения выходного (средневыпрямленного) напряжения и подключается к клеммам 8–9 макета.
Подготовка к работе.
На электронном осциллографе установить исходное положение
органов управления:
– Тумблер «Питание» – выключен (вниз).
– Переключатель V/дел. – в положение 5V/дел.
– Переключатель mS/дел., µS/дел. – в положение 0.1 mS/дел.
– Тумблер «Синхронизация» в положение Внешняя.
– Переключатель «Синхрон.» – в положение + ~.
– Переключатель входа ⊥~ – в положение ^.
На вольтметре В7-15 использовать предел измерения (30–100)V.
Установить переключатель «Множитель V» в положение 30.
На исследуемом макете установить исходное положение органов
управления:
– Тумблер S1 – в положение 1.
– Потенциометр R1 – влево до упора.

5. Последовательность выполнения работы
1. Собрать схему измерений согласно рис.9.1.
2. Включить Тумблер «Сеть» на источнике входного сигнала и
тумблер «Питание» на осциллографе. Дать приборам прогреться
в течение 2–3 минут.
38
↔
3. На осциллографе ручками « » и «↔»совместить линию развертки с горизонтальной осью по всей ее длине, затем переключатель входа ⊥~ поставить в положение ~.
4. Наблюдать на экране осциллографа синусоидальное управляющее напряжение Uупр. с выхода фазовращателя. Заметить положение начала синусоиды относительно начала линии развертки.
Поворачивая ручку потенциометра R1 вправо, наблюдать перемещение начала синусоиды управляющего напряжения относительно начала линии развертки, учитывая, что начало линии развертки синхронизировано с началом входного синусоидального
напряжения.
Зарисовать осциллограммы управляющего напряжения для
крайнего правого и крайнего левого положения потенциометра R1.
5. Наблюдение формы выходного напряжения и снятие регулировочной характеристики мостовой схемы тиристорного выпрямителя.
5.1. Собрать схему измерений согласно рис.9.2.
5.2. Тумблер S1 макета поставить в положение 1. Наблюдать на
экране осциллографа форму выходного напряжения выпрямителя.
5.3. Измерить по шкале осциллографа число делений N, приходящихся на период входного напряжения, и записать значение
в заголовки табл. 9.1 и 9.2.
5.4. Изменяя ручкой потенциометра R1 фазовый сдвиг управляющего напряжения, измерить число делений n, приходящихся на
включенное состояние одного тиристора (рис.9.3). Одновременно
измерять выходное напряжение выпрямителя по шкале вольтметра В7-15.
5.5. Результаты измерений занести в табл. 9.1.

n
n
n
N
Рис. 9.3
N
Рис. 9.4
39
Таблица 9.1
Мостовая схема выпрямления N = .....делений
№ п/п
n
N
−n
2
j=
N
− n)
2
N
2
180°(
Uвых, В
1
2
3
4
5
6
…
6. Наблюдение формы выходного напряжения и снятие регулировочной характеристики однополупериодной схемы тиристорного выпрямителя.
6.1. Тумблер S1 поставить в положение 2.
6.2. Произвести все действия и измерения для данной схемы
аналогично п. 5.3–5.4.
6.3. Результаты измерений занести в табл. 9.2.
Таблица 9.2
Однополупериодная схема выпрямления N = .....делений
№№ п/п
n
N
−n
2
j=
N
− n)
2
N
2
180°(
Uвых, В
1
2
3
4
5
6
…
7. По данным табл. 9.1 и 9.2 рассчитать угол сдвига фаз ϕ и построить регулировочные характеристики Uвых = ƒ(ϕ) для обеих схем
в единой системе координат (рис 9.5).
8. Экстраполировать (достроить) регулировочные характеристики при ϕ→0° и ϕ→180°.
9. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
40
U вых
0°
180°
ϕ
Рисунок 9.5
4
5
7
6
8
VD3
VD5
VD4
VD6
T1
3
R4
9
R1
T2
R2
VD1 SA1
R3
VD2
2
C1
1
Рис. 9.6. Схема электрическая принципиальная
тиристорного выпрямителя
6. Контрольные вопросы
1. Почему величина N одинакова для обеих схем выпрямителей?
2. Почему выходное напряжение Uвых в однополупериодной
схеме в 2 раза меньше, чем в мостовой?
3. Какое напряжение измеряет вольтметр В7-15?
4. Какие элементы схемы создают регулируемый фазовый сдвиг
между входным и управляющим напряжением?
41
Лабораторная работа № 10
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНОГО СТАБИЛИЗАТОРА
НАПРЯЖЕНИЯ
1. Цель работы
Изучение схемы, принципа действия и определение основных
технических показателей транзисторного стабилизатора напряжения компенсационного типа.
2. Содержание работы
1. Снятие зависимости выходного напряжения стабилизатора от
входного напряжения при номинальном сопротивлении нагрузки
Uвых = f1(Uвх), при Rн = Rн ном
2. Измерение нестабильности выходного напряжения на участке стабилизации.
3. Снятие зависимости выходного напряжения стабилизатора от
тока нагрузки при номинальном входном напряжении
Uвых = f2(Iвых) при Uвх = Uвх ном
4. Определение коэффициентов стабилизации выходного напряжения по входному напряжению Кст.U и по току нагрузки Кст.I
5. Объяснение полученных результатов и ответы на контрольные вопросы.
3. Перечень оборудования
1. Вольтомметр универсальный типа В7-15.
2. Миллиамперметр универсальный типа Э 513.
3. Источник входного постоянного напряжения.
4. Макет исследуемого стабилизатора.
4. Методические указания
Структурная схема лабораторной установки приведена на рис.
10.1, а принципиальная схема исследуемого стабилизатора с подключенными измерительными приборами – на макете.
Источник постоянного входного напряжения содержит регулятор напряжения с цифровой индикацией, с помощью которого
42
Источник
постоянного
напряжения
0-15 В
Стабилизатор
PV
PA
Рис. 10.1. Схема для исследования транзисторного
стабилизатора
входное напряжение стабилизатора может быть установлено в пределах 0–15 В.
Выходное (стабилизированное) напряжение Uвых измеряется
вольтметром PV при подключении его к клеммам 5–6 макета.
Установка номинальной величины выходного напряжения стабилизатора Uвых ном производится потенциометром R5 макета, ось
которого выведена под шлиц, а изменение величины сопротивления нагрузки – переменным резистором R8 макета, который совместно с ограничительным резистором R7 образует нагрузку стабилизатора Rн.
Ток нагрузки IH (выходной ток стабилизатора Iвых) измеряется
миллиамперметром постоянного тока PA, подключенным к клеммам 1–3 макета.
Цепь VD2 R9 позволяет повысить точность измерения нестабильности выходного напряжения. Для этого измеряется не все
выходное напряжение Uвых ± ∆Uвых на клеммах 5–6 макета, а лишь
небольшая его часть UR9 ± ∆Uвых (падение напряжения на резисторе
R9, выведенное на клеммы макета 7–8).
Поскольку напряжение Uст на стабилитроне VD2 неизменно по
величине и выбрано лишь немногим меньше выходного напряжения Uвых, то падение напряжения на резисторе R9 может быть измерено на самом малом пределе измерения вольтметра PV.
Следовательно, нестабильность выходного напряжения будет
измерена с большей точностью, чем на клеммах 5–6, где измерение
производится на большем пределе, нечувствительном к малым изменениям выходного напряжения. Таким образом,
Uвых ± ∆Uвых = Ucт + (UR9 ± ∆Uвых), где Uст = const.
43
5. Последовательность выполнения работы
1. Подготовка к работе.
Ознакомиться с принципиальной схемой стабилизатора: найти
на схеме источник опорного напряжения, датчик рассогласования,
регулирующий элемент. Рассмотреть принцип работы стабилизатора компенсационного типа.
Ознакомиться с функциональной схемой лабораторной установки и измерительными приборами, необходимыми для выполнения
работы.
Тумблеры «Сеть» – выключить.
Питание прибора В7-15 выключить. Установить предел шкалы
«10 V» и подключить соединительные проводники к его соответствующим клеммам.
Подключить миллиамперметр PA.
На макете повернуть оси потенциометров R5 и R8 в среднее положение.
Подготовленную к работе лабораторную установку предъявить
для проверки преподавателю и получить разрешение на работу.
2. Снять зависимость выходного напряжения стабилизатора от
входного напряжения при номинальном сопротивлении нагрузки
Uвых= f1(Uвх) при Rн= Rн ном
2.1. Включить источник входного напряжения и питание прибора В7-15, нажав соответствующую полярности измеряемого напряжения кнопку.
2.2. Установить «–» полярность входного сигала.
2.3. Установить номинальное входное напряжение Uвх ном=
–12 В.
2.4. Подключить вольтметр PV к клеммам 5–6 макета. Подстроечным резистором R5 установить номинальное выходное напряжение Uвых ном = – 7 В.
2.5. Переменным резистором R8 установить по миллиамперметру номинальный ток нагрузки Iн ном = 30 мА, соответствующий номинальному сопротивлению нагрузки Rн ном.
2.6. Устанавливая значения входного напряжения Uвх согласно
данным табл. 10.1, измерить соответствующие им значения выходного напряжения. Результаты занести в табл. 10.1.
Таблица 10.1
Uвх, В
Uвых, В
44
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
2.7. По данным табл. 10.1. построить график зависимости
Uвых = f1(Uвх), при Rн = Rн ном и определить по нему область стабилизация. Вновь установить Uвх ном = –12 В.
3. Измерение нестабильности выходного напряжения в области
стабилизации.
3.1. Подключить вольтметр PV к клеммам 5-7 стола и измерить
напряжение Uст на стабилитроне VD2. Результаты занести в заголовки табл. 10.2 и 10.3.
3.2. Подключить вольтметр PV к клеммам 7–8 макета (шкала
«1 В»!) подстроечным резистором R5 добиться выполнения равенства Uст + UR9 = U вых ном = 7 В, после чего, если потребуется, вновь
установить потенциометром R8 номинальный ток нагрузки Iн ном =
30 мА.
3.3. Устанавливая значение входного напряжения Uвх согласно
данным табл. 10.2. в области стабилизации, измерить соответствующие им значения напряжения UR9. Результаты занести в табл. 10.2.
Таблица 10.2
Uст = ……….В
Uвх, В
9
10
11
12
13
14
15
UR9, В
Uвых, В
∆Uвых, В
3.4. По формуле Uвых = Uст+ UR9 вычислить значения выходного напряжения стабилизатора. Результаты вычислений занести
в табл. 10.2.
3.5. По формуле ∆Uвых = Uвых ном – Uвых рассчитать нестабильность выходного напряжения для всех значений согласно данным
табл. 10.2. Результаты занести в табл. 10.2.
4. Снять зависимость выходного напряжения стабилизатора от
тока нагрузки при номинальном входном напряжении
Uвых= f2(Iн) при Uвх = Uвх ном.
4.1. Установить входное напряжение Uвх ном = –12 В и поддерживать его неизмененным.
4.2. Устанавливая переменным резистором R8 токи нагрузки
согласно данным табл. 10.3, измерить соответствующие им значения напряжения UR9. Результаты измерений занести в табл. 10.3.
4.3. По формуле ∆Uвых = Uвых ном – Uвых рассчитать нестабильность выходного напряжения для всех его значений согласно данным табл. 10.3. Результаты расчетов записать в табл. 10.3.
45
Таблица 10.3
Uст = …….В
IH, мА
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
UR9, В
Uвых,В
∆Uвых,В
0
4.4. По данным табл. 10.3. построить график зависимости.
Uвых = f2(Iн) при Uвх = Uвх ном – внешнюю характеристику стабилизатора.
5. Определить коэффициенты стабилизации выходного напряжения по входному напряжению Кст U и по току нагрузки Кст i.
5.1. Рассчитать коэффициент стабилизации выходного напряжения по входному напряжению по формуле
KñòU =
∆Uâõ Uâõ íîì ,
∆Uâûõ Uâûõ íîì
где:
– Uвх ном и Uвых ном – номинальное входное напряжение и соответствующее ему номинальное выходное напряжение стабилизатора;
– ∆Uвх и ∆Uвых – отклонение входного напряжения и вызванная
им нестабильность выходного напряжения, взятые произвольно из
табл. 10.2.
5.2. Рассчитать коэффициент стабилизации выходного напряжения по току нагрузки по формуле
KñòI =
∆Iâõ Iâõ íîì ,
∆Uâûõ Uâûõ íîì
где:
– Uвых ном и Iн ном – номинальное выходное напряжение и ток нагрузки стабилизатора;
– ∆Iн и ∆Uвых – отклонение тока нагрузки и вызванная им нестабильность выходного напряжения, взятые произвольно из табл.
10.3.
6. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
46
6. Контрольные вопросы
1. Какую роль в схеме исследуемого стабилизатора играют:
– стабилитрон VD1?
– транзистор VT3?
– транзистор VT1?
– транзистор VT2?
2. Почему стабилизатор называется компенсационным?
3. Объяснить влияние потенциометра R5 на величину выходного напряжения стабилизатора. Почему в ходе лабораторной работы
напряжение измеряется на клеммах 7–8, а не на клеммах 5–6?
4. Что выражают коэффициенты стабилизации Кcт U и Кст i?
47
Лабораторная работа № 11
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО КАСКАДА УНЧ
НА ТРАНЗИСТОРЕ
1. Цель работы
Определение влияния режима работы транзистора на параметры усилительного каскада.
2. Содержание работы
1. Определение зависимости нелинейных искажений от положения начальной рабочей точки на проходной характеристике транзистора.
2. Определение зависимости коэффициента усиления каскада
по напряжению и нелинейных искажений от величины коллекторной нагрузки.
3. Ответы на контрольные вопросы.
3. Перечень оборудования
1. Генератор низкой частоты.
2. Электронный милливольтметр В3-38.
3. Вольтомметр универсальный В7-15.
4. Электронный осциллограф.
5. Макет исследуемого каскада.
4. Методические указания
Принципиальная схема исследуемого каскада изображена на
лицевой стороне макета совместно с выходным каскадом – усилителем мощности.
Переключатель S1 служит для изменения напряжения базового
смещения:
– в положении 2 (R3) начальная рабочая точка находится на середине линейного участка проходной характеристики транзистора;
– в положении 1 (R2) и 3 (R4) – соответственно выше и ниже ее
линейного участка (рис. 11.1).
Таким образом, для S1:
48
IК , мА
1
2
3
0
U БЭ, В
Рис. 11.1. Проходная характеристика биполярного транзистора
– в положении 1 RБ > RБ опт;
– в положении 2 RБ ≈ RБ опт;
– в положении 3 RБ < RБ опт.
Переключатель S2 служит для изменения величины коллекторной нагрузки:
– в положении 1 RК = R5 < RК опт;
– в положении 2 RК = R6 = RК опт;
– в положении 3 RК = R7 > RК опт.
ГНЧ является источником входного напряжения U1 и подключается к клеммам «1» и « » макета.
Электронный милливольтметр В3-38 служит для измерения
входного U1 и выходного U2 напряжения каскада и подключается
соответственно к клеммам «2» – « » и к «3» – « ».
Вольтомметр В7-15 может использоваться в двух случаях:
– как вольтметр для измерения напряжения базового смещения
UБЭ, для чего он подключается к клеммам «2» и « »;
– как омметр он применяется для измерения сопротивления переменного резистора, для чего он подключается к клеммам «1» и
«2».
Электронный осциллограф служит для наблюдения формы выходного сигнала и подключается к клеммам «4» и « » макета.
5. Последовательность выполнения работы
1. Подготовка к работе.
На ГНЧ установить частоту 1000 Гц. Ручку «Рег. выхода» повернуть влево до упора. Подключить ГНЧ к исследуемому макету.
49
На милливольтметре В3-38 установить предел 100 мВ и подключить его к макету для измерения входного напряжения (к клеммам
«1» и « »).
Переключить вход У осциллографа к выходу каскада (к клеммам «4» и « »). Синхронизация осциллографа внутренняя.
На макете каскада установить переключатели S1 и S2 в положение 2. Ручку переменного резистора R1, выведенную под шлиц, повернуть влево до упора. В этом случае R1 = 0.
Подготовленную к работе лабораторную установку предъявить
для проверки преподавателю и получить разрешение на работу.
2. Определение зависимости нелинейных искажений от положения начальной рабочей точки на проходной характеристике транзистора.
2.1. Включить питание измерительных приборов и ГНЧ и дать
им прогреться в течение 2–3 минут.
2.2. Включить тумблер «Сеть» на передней панели макета.
В этом случае к схеме усилительного каскада подключается питание Ео = 12 В.
2.3. Увеличивать напряжение сигнала ГНЧ, не допуская заметных
нелинейных искажений выходного сигнала на экране осциллографа.
Измерить милливольтметром U1 max – максимальное входное
напряжение, при котором еще не наблюдаются нелинейные искажения сигнала. При измеренном U1 max амплитудные значения
сигнала не выходят за пределы линейного участка проходной характеристики.
2.4. Занести U1 max в табл. 11.1 и зарисовать осциллограмму. Измерить величину UБЭ универсальным вольтомметром В7-15 (предел измерений 1 В) и результат занести в табл. 11.1.
2.5. Не изменяя уровень входного сигнала (U1 max = Const), выполнить действия по п. 2.4 для 1 и 3 положения переключателя S1,
результаты занести в табл. 11.1. Зарисовать осциллограммы. Обратить внимание на появление нелинейных искажений.
Таблица 11.1
Положение S1
U1 max, В
UБЭ, В
Осциллограмма
1
2
3
3. Определение зависимости коэффициента усиления по напряжению и нелинейных искажений от величины коллекторной нагрузки.
50
3.1. Переключатели S1 и S2 установить в положение 2. Измерить
электронным милливольтметром выходное напряжение каскада
U2. Результат занести в табл. 11.2. Зарисовать осциллограмму.
Таблица 11.2
Положение S2
1
2
3
U1 max, мВ
U2, В
KU
RK, кОм
Осциллограмма
51∙103
12
6
3.2. Выполнить указанные в п. 3.1 действия для 1 и 3 положений переключателя S2. Результаты занести в табл. 11.2. Рассчитать значения KU, зарисовать осциллограммы. Внести в табл. 11.2
указанные в методических указаниях соотношения RK и RK опт.
4. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы
6. Контрольные вопросы
1. Каким образом в исследуемой схеме осуществляется изменение напряжения UБЭ?
2. В чем причина появления нелинейных искажений сигнала?
3. На что и как влияет величина коллекторной нагрузки RK?
51
Лабораторная работа № 12
ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ
1. Цель работы
Определение параметров усилителя мощности: коэффициента
усиления (КР), коэффициента полезного действия (КПД) в режиме
усиления А.
Снятие амплитудно-частотной характеристики усилителя.
2. Содержание работы
1. Исследование в режиме А зависимости выходных параметров
усилителя: напряжения Uвых и мощности Pвых от сопротивления
нагрузки RH.
2. Расчет по полученным данным: KU, Kp, КПД для оптимального значения RH при Rвх = 20 кОм.
3. Снятие амплитудно-частотной характеристики усилителя
мощности.
4. Построение графика зависимости Uвых = φ(f).
5. Объяснение полученных результатов и ответы на контрольные вопросы.
3. Перечень используемого оборудования
1. Макет исследуемого усилителя.
2. Генератор низкой частоты.
3. Милливольтметр В3-38.
4. Осциллограф С1-55.
4. Методические указания
Принципиальная схема исследуемого двухкаскадного усилителя мощности изображена на лицевой панели макета. Контрольные
точки схемы выведены на гнезда.
Переключатель S1 служит для изменения базового смещения
путем подключения различных сопротивлений R2, R3, R5 в верхнее плечо делителя напряжения:
52
– в положении R2 начальная рабочая точка находится ниже середины линейного участка проходной характеристики транзистора, тем самым задается режим работы класса АВ;
– в положении R3 начальная рабочая точка находится на середине линейного участка проходной характеристики транзистора,
тем самым задается режим работы класса А;
– в положении R5 начальная рабочая точка находится выше середины линейного участка проходной характеристики транзистора.
Переключатель S2 служит для изменения величины коллекторной нагрузки предварительного каскада на VT1:
– в положении R6 RК < RК опт;
– в положении R7 RК = RК опт;
– в положении R8 RК > RК опт.
Переменный резистор R1 служит для измерения входного сопротивления предварительного каскада, которое зависит от сопротивления базового смещения схемы.
Перемычка S3 служит для соединения предварительного и выходного каскадов усилителя мощности, а также для наблюдения
и измерения сигналов на выходе каскада предварительного усиления и входе выходного каскада.
Переключатель S4 служит для подключения различных сопротивлений нагрузки R15 = 47 Ом, R16 = 510 Ом, R17 = 4,7 кОм.
Генератор низкой частоты является источником входного сигнала Uвх для исследуемого усилителя мощности и подключается
к клеммам «Вход» лабораторного макета.
Милливольтметр В3-38 служит для измерения входных и выходных напряжений каскадов и всего усилителя, при этом подключается соответственно к клеммам «Вход», гнезду S3, «Выход».
Осциллограф служит для визуального контроля уровней и формы сигналов в различных точках усилителя.
5. Последовательность выполнения работы
1. Подготовка к работе.
На генераторе установить частоту 1000 Гц. Ручку «Рег. выхода»
повернуть влево до упора. Подключить генератор к исследуемому
макету.
На милливольтметре В3-38 установить предел измерения 100 мВ
и подключить его к макету для измерения входного напряжения.
Подключить вход У осциллографа к выходу макета. Синхронизация осциллографа внутренняя.
53
На исследуемом макете установить:
– переключатель S1 в положение R3;
– переключатель S2 в положение R7;
– ручку переменного резистора R1 (выведенную под шлиц) повернуть влево до упора. В этом случае его сопротивление равно нулю;
– замкнуть S3.
Подготовленную к работе лабораторную установку предъявить
преподавателю и получить разрешение на работу.
2. Определение параметров усилителя мощности в режиме А
(без отсечки тока).
2.1. Включить питание измерительных приборов и дать им прогреться в течение 2–3 минут.
2.2. На лабораторном макете установить тумблер «Вкл./Откл.»
в положение «Вкл.». При этом на усилитель подается напряжение
питания E0 = – 12 В.
2.3. Увеличивать напряжение сигнала генератора НЧ, не допуская появления заметных на глаз нелинейных искажений выходного сигнала на экране осциллографа. Измерить милливольтметром
входное напряжение, которое является максимальным для неискаженного усиления, так как его амплитудное значение не выходит за
пределы линейного участка вольт-амперной характеристики.
2.4. При неизменных параметрах входного сигнала:
– Измерить милливольтметром В3-38 напряжение входного сигнала Uвх max.
– Измерить выходное напряжение первого каскада усилителя
Uвых 1, подключив В3-38 к гнезду S3. Проконтролировать форму
сигнала в этой точке осциллографом.
– Измерить выходное напряжение усилителя мощности UвыхΣ
(клеммы «Выход») при различных значениях сопротивления нагрузки R15, R16, R17, последовательно подключая их к гнезду S4.
– Рассчитать:
– коэффициент усиления по напряжению каскада предварительного усиления:
KU1 =
Uâûõ1
;
Uâõ max
– коэффициент усиления по напряжению выходного каскада:
KU2 =
54
Uâûõ ∑
Uâûõ1
;
– коэффициент усиления по напряжению всего усилителя мощности:
KU3 =
Uâûõ ∑
Uâõ max
;
– входную мощность усилителя для значения Rвх=20 кОм:
P âõ =
U2âõ max ;
Râõ
– выходную мощность усилителя для различных значений RH:
Pâûõ =
U2âûõ ∑
RÍ
;
– коэффициент усиления по мощности:
KP =
Pâûõ ;
Pâõ
– потребляемую мощность для значений E0 = 12 В, I0= 2 мА:
P = E ⋅I ;
ïîòð
0
0
– КПД усилителя:
=
η
Pâûõ
.
⋅ 100%
Pïîòð
Свести данные измерений и расчетов в табл. 12.1.
Таблица 12.1
Параметры усилителя мощности в режиме А
при различных значениях RH
Uвых Σ
η
Положение Uвх max Uвых 1 мВ
P
Pвых
P
В (клеммы KU1 KU2 KU3 вх
Kp потр %
S4
мВ (гнездо S3)
мк
Вт
мВт
мВт
«Выход»)
R15=
R16=
R17=
Построить график зависимости Pвых = φ(RH) и определить оптимальное сопротивление нагрузки RH опт.
55
3. Снятие амплитудно-частотной характеристики усилителя
Uвых = φ(f).
3.1. АЧХ снимается при оптимальном значении RH и UВХ ≈
≈ 80% UВХ max.
3.2. Изменяя частоту входного сигнала в соответствии с табл.
12.2, измерить с помощью милливольтметра В3-38 и занести в таблицу соответствующие значения Uвых.
Таблица 12.2
Uвых = φ(f)
f, кГц
20
Гц
40
Гц
60
Гц
80 100
Гц Гц
1
2
10
20
50
100 150 180 200
Uвых, В
3.3. Построить график АЧХ в полулогарифмическом масштабе.
4. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6. Контрольные вопросы
1. В чем проявляются нелинейные искажения? Что является мерой нелинейных искажений?
2. При каких условиях значение полезной мощности (Pвых) и
КПД максимальны?
3. Проанализируйте вид амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). Объясните завал АЧХ в области нижних и верхних частот. Определите полосу пропускания усилителя.
56
Лабораторная работа № 13
ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ
НА ИНТЕГРАЛЬНОМ ОУ
1. Цель работы
Определение влияния различных цепей ООС на показатели работы усилителя.
2. Содержание работы
1. Ознакомление с методическими указаниями.
2. Определение коэффициента усиления УНЧ при 3-х различных цепях ООС, зарисовка осциллограмм выходного сигнала.
3. Снятие АЧХ УНЧ с частотонезависимой ООС.
4. Снятие АЧХ УНЧ с частотозависимой ООС.
5. Построение графиков обеих АЧХ.
6. Ответы на контрольные вопросы.
3. Перечень оборудования
1. Лабораторный макет исследуемого УНЧ.
2. Генератор низкой частоты.
3. Электронный милливольтметр В3-38.
4. Электронный осциллограф.
4. Методические указания
Элементы принципиальной схемы исследуемого УНЧ представлены на макете и соединяются с помощью перемычек в соответствии с заданием по каждому пункту последовательности выполнения работы.
Источник питания схемы работает от сети 220 В, 50 Гц.
УНЧ построен на операционном усилителе КР140УД8Б.
Назначение переключателей:
SA1– обеспечивает возможность подачи входного сигнала на инвертирующий или неинвертирующий вход ОУ и подключение различных сопротивлений на входе.
SA2 – дает возможность формировать различные цепи ООС:
57
– положение 1: цепь ООС образуют R10 и С4 – частотозависимая
ООС, т.к. параметры цепи ОС зависят от частоты;
– положение 2 и 3: Rоос = R8 или Rоос = R9 – частотонезависимая
ООС, т.к. параметры цепи ОС не зависят от частоты;
– положение 4: Rоос = 0, схема работает как повторитель;
В2 – при разомкнутом контакте – ООС отсутствует.
Генератор НЧ служит источником входного сигнала для исследуемого УНЧ и подключается к клеммам «Вход» макета.
Милливольтметр служит для измерения входного напряжения
U1 и выходного напряжения U2 и подключается к клеммам «Вход»
или «Выход» макета.
Осциллограф служит для наблюдения формы выходного сигнала УНЧ и подключается к клеммам «Выход» макета.
5. Последовательность выполнения работы
1. Подготовка к работе.
Тумблер блока питания установить в положение «Выключено».
На ГНЧ установить:
– частоту 1000 Гц.
– ручку регулятора выхода повернуть влево до упора.
На милливольтметре установить предел измерения 30 мВ.
На макете переключатель SA1 установить в положение 4, SA2 –
в положение 3, В2 замкнуть с помощью перемычки.
Собрать схему в соответствии с рис.13.1.
Подготовленную к работе схему предъявить для проверки преподавателю и получить разрешение на работу.
Включить тумблеры питания на блоке питания и измерительных приборах, дать прогреться 2–3 минуты.
ЭВ
В3-38
Источник
входного
сигнала
U1
Макет
УНЧ
U2
ЭО
Рис. 13.1. Схема соединения приборов
58
2. Определение коэффициента усиления УНЧ при 3-х различных цепях ООС.
2.1. Вращая ручку «Рег. выхода» генератора НЧ, установить по
шкале милливольтметра В3-38 входное напряжение U1 = 30 мВ.
2.2. Подключить милливольтметр В3-38 к выходу УНЧ и измерить U2, результат занести в табл. 13.1.
2.3. Подключить к выходу УНЧ электронный осциллограф,
форму выходного сигнала зарисовать.
2.4. Вместо R1 и R8 подключить R2 и R9 и выполнить п.п. 2.2. и 2.3.
2.5. Разомкнуть цепь ООС (В2) и выполнить п.п. 2.2 и 2.3.
Таблица 13.1
U1 мВ
U2 В
КU
измер.
Roc кОм
Rинв.вх расч.
R8=1 МОм
R1=5 кОм
КU расч.
Осциллограмма
R9=510 кОм R2=50 кОм
30
–
R2=50 кОм
2.6. Рассчитать коэффициенты усиления по приведенным формулам и результаты занести в табл. 13.1.
R îñ U2
KUðàñ÷ = KUèçì =
R èíâ. âõ U1
3. Снятие АЧХ УНЧ с частотонезависимой и частотозависимой ООС.
3.1. Подключить Rос = R9, Rинв.вх = R2.
3.2. Установить на входе усилителя U1 = 30 мВ, F = 25 Гц.
Изменяя частоту входного сигнала в соответствии с табл. 13.2
и контролируя величину входного сигнала U1=30 мВ при каждом
изменении частоты, измерить величину выходного сигнала U2 и результаты занести в табл. 13.2.
Таблица 13.2
Гц
25 100 500 1000 5000 10000 50000 100000 200000
R2, R9
U2 В
Частотонезависимая
К
ОСС
R2, R10, С4
U2 В
Частотозависимая
К
ООС
59
3.3. Подключить вместо R9 цепочку R10 C4 и повторить п. 3.2.
3.4. Построить графики обеих АЧХ в единой системе координат,
используя логарифмический масштаб по частоте.
6. Контрольные вопросы
1. Какое включение ОУ использовано в лабораторной работе: инвертирующее, неинвертирующее, повторитель?
2. Какие элементы схемы макета определяют коэффициент усиления по напряжению?
3. Что такое частотонезависимая и частотозависимая обратная
связь?
4. Чем объясняется различие полученных АЧХ?
60
Лабораторная работа № 14
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЯ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
1. Цель работы
Ознакомиться с особенностями работы дифференциального
УПТ с генератором стабильного тока и определить его основные параметры.
2. Содержание работы
1. Проведение балансировки каскада.
2. Определение временного дрейфа нуля.
3. Снятие амплитудной характеристики УПТ по 1-му входу и построение графика АХ.
4. Определение дифференциального коэффициента усиления
каскада по напряжению КU.
5. Определение коэффициента передачи синфазного сигнала Ксф.
3. Перечень оборудования
1. Лабораторный макет исследуемого УПТ.
2. Вольтметр универсальный В7-15.
3. Источник входного сигнала.
4. Источник питания.
4. Методические указания
Принципиальная схема исследуемого УПТ изображена на рис.
14.1 и на макете.
Каскад собран на ИМС ДА1 типа К159НТ1Д, оба транзистора
которой изготовлены на одном кристалле кремния единым технологическим циклом и обладают идентичными параметрами, что
необходимо для дифференциальной схемы.
Переменный резистор R7 («Баланс») ось которого выведена под
шлиц, служит для балансировки УПТ перед началом работы.
На транзисторе VT1 типа 2ТЗ12Б собран генератор стабильного тока (ГСТ). Коллекторный ток этого транзистора, являющийся
61
+ 12В
R1
R4
R6
R9
R10
XS3
XS1
DA1
R2
XS4
R7
XS2
R3
VD1
R11
VT1
R5 R8
12 В
Рис. 14.1. Дифференциальный усилитель постоянного тока
суммой эмиттерных токов транзисторов ИМС ДА 1, поддерживается неизменным путем стабилизации напряжения на его базе стабилитроном VD1 типа КС139А. Использование ГСТ позволяет существенно снизить дрейф нуля и повысить линейность АХ УПТ.
Клеммы XS1 и XS2 являются входными, клеммы XS3 и XS4 –
выходными.
Напряжение питания Ео подается на клеммы +12 В и –12 В, которая является общей точкой схемы.
Источник входного сигнала УПТ Uвх вырабатывает постоянное
напряжение 0,7 В. Величину Uвх можно изменять с помощью прецизионного делителя, входящего в состав лабораторного макета.
Полярность Uвх изменяется тумблером «Полярность» на лицевой панели макета.
Выходное напряжение УПТ Uвых измеряется вольтметром PV1
типа В7-15.
UвыхДУ измеряется на клеммах XS3 и XS4 (при балансировке).
Uвых1 измеряется на клеммах XS3 и –12В (^).
Uвых2 измеряется на клеммах XS4 и –12В (^).
5. Последовательность выполнения работы
1. Подготовка к работе.
Тумблер «Сеть» блока питания в положение «Выключено».
62
PV1
XS1
XS3
XS2
XS4
ИП
12 В (
)
+ 12 В
Рис. 14.2. Схема балансировки исследуемого УПТ
и определения дрейфа нуля
На вольтметре В7-15: кнопку «Выкл.» – нажать, переключатель
шкалы установить в положение «0,3V».
Собрать схему измерений согласно рисунку 14.2.
Подготовленную к работе лабораторную установку предъявить
для проверки преподавателю и получить разрешение на работу.
2. Балансировка нуля УПТ.
На источнике питания тумблер «Сеть» – включить.
На вольтметре В7-15 нажать одну из кнопок «+V» и «–V» и дать
ему прогреться в течение 2–3 минут.
Вращая ось потенциометра «Баланс», добиться нулевого показания вольтметра PV1. УПТ сбалансирован.
3. Определение временного дрейфа нуля.
Измерить Uвых ДУ (клеммы XS3 и XS4) при Uвх = 0 в начале и
в конце процесса выполнения лабораторной работы.
Показания вольтметра PV1 занести в отчет по работе.
4. Снятие амплитудной характеристики (АХ).
Собрать схему измерений согласно рисунку 14.3.
При необходимости вновь сбалансировать УПТ.
Устанавливая указанные в таблице значения Uвх1, измерить
Uвых1 и Uвых2 прибором PV1 на клеммах XS3, –12 В и XS4, –12 В.
Результаты занести в табл. 14.1 (с учетом знака напряжения). Переключив полярность источника входного сигнала на обратную, заполнить таблицу при положительных значениях Uвх1.
Рассчитать дифференциальный выходной сигнал по формуле:
∆Uвых = Uвых1 — Uвых2
63
PV1
XS1
XS3
XS2
XS4
ИП
Uвх
12 В (
)
+ 12 В
Рис. 14.3. Схема для снятия амплитудной характеристики
Таблица 14.1
Зависимость Uвых1= f1(Uвх) и Uвых2= f2(Uвх)
Uвх1 В –0,7 –0,6 –0,5 –0,4 –0,3 –0,2 0 +0,2 +0,3 +0,4 +0,5 +0,6 +0,7
Uвых1
В
Uвых2
В
∆Uвых
В
По данным табл. 5.1 построить графики Uвых1 = f1(Uвх), Uвых2 = f2(Uвх), ∆Uвых = f3(Uвх1) в единой системе координат.
5. Определение дифференциального коэффициента усиления
каскада по напряжению KU.
Рассчитать дифференциальный коэффициент усиления каскада
по формуле:
KU = ∆Uвых/ Uвх1
(поскольку Uвх2 = 0, т.к. клемма XS2 соединена с общей точкой схемы).
Расчет произвести для значений ∆Uвых вблизи его нулевого значения, т. е. расположенных в середине линейного участка АХ. Результат расчета KU занести в отчет.
6. Определение коэффициента передачи синфазного сигнала
Ксф.
Собрать схему измерений согласно рисунку 14.4.
Выбрать самую чувствительную шкалу прибора PV1.
64
PV1
XS1
XS3
XS2
XS4
U вх сф
+5В
5В (
ИП
)
12 В (
)
+ 12 В
Рис. 14.4. Схема для определения Ксф
Подать на входы УПТ (клеммы XS1 и XS2) напряжение 5 В с выхода источника питания (клеммы+5 В; –5 В).
Измерить Величину Uвых ДУ прибором PV1 и результат занести
в табл. 14.2.
Рассчитать коэффициент передачи синфазного сигнала по формуле:
Ксф = Uвых ДУ/Uвх
и результаты занести в табл. 14.2.
Рассчитать коэффициент ослабления синфазного сигнала по
формуле
Косл сф = KU /Ксф
и результат занести в табл. 14.2.
Таблица 14.2
Uвх В
Uвых В
Ксф
Косл сф
5
Выключить аппаратуру и разобрать схему соединений.
7. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6. Контрольные вопросы
1. Почему усилитель называется дифференциальным?
2. Какое назначение у ГСТ?
65
3. Перечислить возможные варианты снятия выходного напряжения исследуемого УПТ.
4. Сравнить реакцию дифференциального УПТ на дифференциальный и синфазный входной сигнал.
66
Лабораторная работа № 15
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЯ
1. Цель работы
Ознакомиться с частотно-избирательными свойствами 2Т-моста
и его влиянием на АЧХ усилителя.
2. Содержание работы
1. Ознакомление с методическими указаниями.
2. Снятие АЧХ 2Т-моста.
3. Расчет значения квазирезонансной частоты 2Т-моста по известным параметрам.
4. Снятие АЧХ усилителя НЧ с 2Т-мостом.
5. Построение графиков АЧХ 2Т-моста и АЧХ УНЧ с 2Т-мостом.
6. Ответы на контрольные вопросы.
3. Перечень оборудования
1. Лабораторный макет.
2. Источник питания.
3. Генератор низкой частоты.
4. Электронный милливольтметр В3-38.
5. Электронный осциллограф.
4. Методические указания
Элементы принципиальной схемы исследуемого 2Т-моста и
УНЧ представлены на макете и соединяются с помощью перемычек
в соответствии с заданием по каждому пункту последовательности
выполнения работы.
Питание схемы усилителя осуществляется от отдельного двуполярного источника ±12 В.
Исследуемый узкополосный УНЧ построен на операционном
усилителе К140УД8Б.
Назначение переключателей.
SA1:
– 1 положение: подключение ко входу макета неинвертирующего входа ОУ;
67
– 2 положение: подключение ко входу макета 2Т– моста;
– 3, 4 положение: подключение различных сопротивлений на
входе (R1,R2).
В1 и В3 – позволяют подключить 2Т-мост между выходом и инвертирующим входом ОУ, т. е. сформировать цепь ООС.
Возможен переход УНЧ с 2Т-мостом из режима усиления в режим генерации. В этом случае необходимо углубить ООС путем
включения с помощью SA2 R8 или R9.
Генератор НЧ служит источником входного сигнала для
2Т-моста или УНЧ с 2Т-мостом и подключается к клеммам «Вход»
макета.
Милливольтметр служит для измерения входного напряжения
U1 и выходного напряжения U2 и подключается к клеммам «Вход»,
к выходу 2Т-моста (В3), к клеммам «Выход» макета.
Осциллограф служит для наблюдения формы и величины выходного сигнала 2Т-моста или УНЧ с 2Т-мостом на квазирезонансной частоте.
5. Последовательность выполнения работы
1. Подготовка к работе.
Тумблер блока питания установить в положение «Выключено».
На генераторе НЧ установить:
– частоту 3000 Гц;
– ручку регулятора выхода повернуть влево до упора.
На милливольтметре установить предел измерения 1 В.
На макете с помощью перемычки подключить ко входу макета
вход 2Т-моста – SA1 в положении 2.
Собрать схему в соответствии с рис. 15.1.
Подготовленную к работе схему предъявить для проверки преподавателю и получить разрешение на работу.
Включить тумблеры питания на измерительных приборах, дать
прогреться 2–3 минуты.
2. Снятие АЧХ 2Т-моста и определение квазирезонансной частоты.
2.1. Вращая ручку «Рег. выхода» генератора НЧ, установить
по шкале милливольтметра В3-38 входное напряжение 2Т-моста
U1 = 1 В.
2.2. Изменяя частоту выходного сигнала генератора НЧ, найти
квазирезонансную частоту ƒ01 по минимальной величине выходного сигнала 2Т-моста на экране осциллографа, измерить величину
выходного сигнала U2. Значения ƒ01 и U2 занести в табл. 15.1.
68
ЭВ
В3-38
R5
R7
С1
ГНЧ
Вых
С2
С3
R6
U1
Вых U2
ЭО
Вх
Макет
Рис. 15.1. Схема соединения приборов
2.3. Изменяя частоту выходного сигнала генератора НЧ в сторону увеличения, а затем уменьшения относительно частоты ƒ01,
измерить выходное напряжение 2Т-моста U2, результаты занести
в табл. 15.1. Необходимо контролировать величину U1 = 1 В при изменении частоты.
Таблица 15.1
U1 = 1 В
ƒ (Гц)
ƒ01
U2 (В)
К
Рассчитать коэффициент передачи 2Т-моста
К = U2/ U1.
2.4. На генераторе НЧ ручку «Рег. выхода» вывести влево до
упора (U1=0).
3. Рассчитать значение квазирезонансной частоты.
Параметры моста: R=R9=R16=20 кОм
С=С2=С5=2200 пФ
1
f0ðàñ÷ =
2πRC
Сравнить расчетное значение ƒ0 расч с измеренным.
4. Снятие АЧХ усилителя НЧ с 2Т-мостом.
69
4.1. Подключить 2Т-мост в цепь обратной связи ОУ, используя В1 и
В3. Вход макета соединить с инвертирующим входом ОУ (SA1 в положении 1 или 2). Осциллограф подключить к клеммам «Выход» макета.
4.2. Подключить источник питании к макету (клеммы +12 В,
–12 В, общая). На источнике питания включить тумблер питания.
4.3. На генераторе НЧ установить частоту ƒ01 (табл. 15.1). По
милливольтметру В3-38 установить напряжение на входе усилителя U1 = 50 мВ.
4.4. Изменяя частоту генератора НЧ вблизи ƒ01 (табл. 15.1),
определить значение частоты ƒ02 по максимальной величине выходного сигнала усилителя на экране осциллографа; измерить величину выходного сигнала U2 милливольтметром В3-38. Значение
ƒ02 занести в табл. 15.2.
Таблица 15.2
U1=50 мВ
ƒ02
ƒ (Гц)
U2 (В)
0,7U2max
U2max 0,7U2max
К
Изменяя частоту генератора НЧ в сторону увеличения, а затем
уменьшения относительно частоты ƒ02, измерить выходное напряжение усилителя U2, результаты занести в табл. 15.2. Рассчитать
коэффициент усиления усилителя:
Ê=
U2
U1
5. Построить АЧХ 2Т-моста и АЧХ УНЧ с 2Т-мостом, используя
логарифмический масштаб по частоте. Определить полосу пропускания усилителя: ∆ƒ.
6. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6. Контрольные вопросы
1. Что такое 2Т-мост?
2. В цепь какой обратной связи включается 2Т-мост?
3. Почему на ƒ01 коэффициент передачи моста минимален?
4. Почему на ƒ02 коэффициент усиления УНЧ с 2Т-мостом максимален?
70
Лабораторная работа № 16
ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОГЕНЕРАТОРА
1. Цель работы
Определить условия самовозбуждения RC-автогенератора с мостом Вина и влияние параметров моста на частоту генерируемых
колебаний.
2. Содержание работы
1. Определение частоты квазирезонанса f0 моста Вина при различных значениях его емкости C, а так же коэффициента передачи
на квазирезонансных частотах β.
2. Проверка условия самовозбуждения автогенератора.
3. Определение зависимости частоты генерации от величины емкости C конденсаторов моста Вина.
3. Перечень оборудования
1. Генератор низкой частоты.
2. Милливольтметр переменного тока.
3. Двухлучевой осциллограф.
4. Макет исследуемого генератора.
5. Двуполярный источник питания.
4. Методические указания
Структурная схема RC-генератора с мостом Вина приведена на
рис.16.1.
Из схемы видно, что данный автогенератор представляет собой
усилитель с коэффициентом усиления K и фазовым сдвигом ϕк, охваченный цепью ПОС с коэффициентом передачи β (коэффициентом обратной связи) и фазовым сдвигом ϕβ.
Для самовозбуждения любого автогенератора необходимо выполнение двух условий:
1. β Ч K = 1 (баланс амплитуд);
2. ϕк + ϕβ = 2πn (баланс фаз).
71
Мост Вина
β, ϕβ
Цепь ПОС
К, ϕК
ИП
Рис. 16.1. Структурная схема автогенератора
Реактивная ветвь мост Вина, рис. 16.2, используемая в качестве
ПОС, это последовательно-параллельная RC-цепь, у которой на часто1
те f0 =
, называемой частотой квазирезонанса, β = 1/3 и ϕβ = 0.
2π ⋅ RC
Очевидно, что генерация в автогенераторе с мостом Вина возникает на частоте f0 только в том случае, когда усилитель обеспечит
1
0
K= = 3 и jK =.
β
Принципиальная схема исследуемого генератора, собранного на
операционном усилителе, приведена на макете.
Потенциометр R2 служит для регулировки коэффициента усиления K (для обеспечения баланса амплитуд).
Мост Вина состоит из резисторов: R5 = R7 = 1,6 кОм и конденсаторов C1 = C2 = C3 = C4 = 0,05 мкФ.
С1
UМВ1
R1
R2
С2
U МВ2
Рис. 16.2. Реактивная ветвь моста Вина
72
Тумблер SА1 макета служит для подключения конденсаторов
C1 и C3 параллельно конденсаторам C2 и C4, при этом емкости моста Вина, соответственно, удваивают свою величину:
– левое положение SА1– отключены конденсаторы С1 и С3;
– правое положение SА1– подключены конденсаторы С1 и С3.
Вход моста Вина: клеммы XS10, XS11.
Выход моста Вина: клеммы XS4, XS1(^).
Источник питания подключается к клеммам XS12 (+12 В), XS14
(–12 В), XS13(^).
Для подключения моста Вина к усилителю:
– замкнуть клеммы XS8 и XS9 ( мост Вина подключается к выходу усилителя);
– замкнуть клеммы XS6 и XS4 (мост Вина подключается ко входу усилителя).
5. Последовательность выполнения работы
1. Ознакомиться с принципиальной схемой исследуемого автогенератора и измерительными приборами, необходимыми для выполнения работы.
2. Включить питание измерительных приборов и дать им прогреться в течение 2–3 минут.
3. Определение частот квазирезонанса моста Вина.
3.1. Тумблер SА1 в левом положении (С2,С4).
3.2. Подать от генератора НЧ синусоидальный сигнал на вход
моста Вина (XS10, XS11) частотой около 1500 Гц.
3.3. Установить по милливольтметру переменного тока выходное напряжение ГНЧ (оно же входное напряжение моста Вина
UМВ1), равное 300 мВ.
3.4. Собрать схему измерений, как указано на рис. 16.3.
Y1
XS10
ГНЧ
Мост
Вина
U МВ1
XS11
ЭО
XS4
Y2
U МВ2
XS1
Рис. 16.3. Схема для исследования моста Вина
73
3.5. Получить на экране осциллографа устойчивое изображение
двух синусоид – входного UМВ1 и выходного UМВ2 напряжения моста Вина при внутренней синхронизации по 1 каналу.
3.6. Изменяя частоту ГНЧ, добиться нулевого сдвига фаз этих
напряжений (j β =
0) предварительно выровняв усиление в обоих
,
каналах. Снять значение
частоты ГНЧ f0 изм и занести его в табл.
16.1.
3.7. На измеренной частоте квазирезонанса уточнить величину
UМВ1, указанную в п.3.3, милливольтметром, затем измерить им
величину UМВ2 и оба значения занести в табл. 16.1.
Таблица 16.1
Полож.
перекл.
SА1
f0 изм
(Гц)
Емкость
C моста
Вина
(мкФ)
UМВ1
(мВ)
UМВ2
(мВ)
Рассчитать
f0 расч
(Гц)
β
∆f
(Гц)
γ (%)
левое
правое
3.8. Перевести тумблер SA1 в правое положение и повторить
действия по пп. 3.5–3.7.
3.9. Занести в табл. 16.1 величины емкостей моста Вина для обоих положений тумблера SА1 (см. п. 3).
3.10 Произвести расчеты:
1
U
∆f
β = ÌÂ1 ; f0 ðàñ÷ = 2πRC ; ∆f = f0 расч – f0 изм
; γ
=
× 100%
UÌÂ2
f0ðàñ÷ и результаты занести в табл. 16.1.
4. Проверка условий самовозбуждения автогенератора.
4.1. Собрать схему измерений, указанную на рис. 16.4.
Замкнуть клеммы XS8 и XS9; XS6 и XS4.
4.2. Изменением сопротивления резистора R2 добиться возникновения генерации (появления синусоидального сигнала на экраXS10
Усилитель
Y1
ЭО
Мост
Вина
XS1
Рис. 16.4. Схема для исследования автогенератора
74
не осциллографа). Генерация возникает только при коэффициенте
усиления усилителя К = 3.
5. Определение зависимости частоты генерации автогенератора
от величины емкостей конденсаторов моста Вина.
5.1. Для обоих положений тумблера SA1 измерить частоту выходного сигнала генератора f0 изм осциллографическим методом.
Результаты занести в табл. 16.2 и произвести указанные в ней
расчеты. Сравнить величины f0 изм в табл. 16.1 и 16.2.
Таблица 16.2
Положение
тумблера S1
f0 изм
(Гц)
Емкость
C моста Вина
(мкФ)
Рассчитать отношение
емкостей C
частот f0
левое
правое
6. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6. Контрольные вопросы
1. Сформулировать условия самовозбуждения автогенератора.
Написать формулы.
2. Будет ли меняться частота генерации, если изменять не емкость конденсаторов, а сопротивление резисторов моста Вина?
3. Какой фазовый сдвиг создает операционный усилитель при
подаче сигнала на инвертирующий вход, на неинвертирующий
вход?
4. Почему частота f0 называется квазирезонансной?
75
Лабораторная работа № 17
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИХ
И ИНТЕГРИРУЮЩИХ RC-ЦЕПЕЙ
1. Цель работы
Исследовать влияние параметров дифференцирующей и интегрирующей RC-цепей на форму и параметры прямоугольных импульсов.
2. Содержание работы
1. Исследование дифференцирующей RC-цепи. Определение зависимости формы, амплитуды и длительности выходных импульсов от постоянной времени дифференцирующей цепи.
2. Исследование интегрирующей RC-цепи. Определение зависимости формы, амплитуды и длительности выходных импульсов от
постоянной времени интегрирующей цепи.
3. Исследование зависимости формы, амплитуды и длительности выходных импульсов дифференцирующей и интегрирующей
RC-цепей от длительности входных импульсов.
3. Перечень оборудования
1. Лабораторный макет.
2. Генератор прямоугольных импульсов.
3. Электронный осциллограф.
4. Набор резисторов и конденсаторов.
4. Методические указания
Прямоугольные импульсы подаются на вход RC-цепи от генератора прямоугольных импульсов.
Исследуемая схема собирается из навесных элементов (R и C) на
передней панели макета.
Наблюдение формы сигнала и измерения его параметров производится с помощью осциллографа.
76
5. Последовательность выполнения работы
1. Исследовать дифференцирующую цепь.
1.1. Собрать на передней панели макета схему дифференцирующей цепи (рис.17.1), используя элементы R = 33 кОм, С = 100 нФ.
1.2. На выходе генератора установить прямоугольные импульсы
положительной полярности со следующими параметрами:
Fc = 1 кГц, Um = 2 В, τи = 200 мкс.
Подключить выход генератора импульсов ко входу RC-цепи
(клеммы «Вход» макета).
Подключить вход «У» осциллографа к выходу RC-цепи (клеммы Выход» макета).
Изменяя величину сопротивления резистора R и емкости конденсатора C, изучить их влияние на параметры выходных импульсов. Длительность импульсов измерять на уровне 0,5. Данные измерений занести в табл. 17.1. Зарисовать осциллограммы.
Таблица 17.1
Рассчитать
С нФ
R кОм
100
33
3
0.12
100
10
1
33
 = RC мкс
/ и вх
Измерить
Um вых
 и вых, мкс
(В)
№
осциллограммы
1
2
3
4
5
6
2. Исследовать интегрирующую RC-цепь.
2.1. Собрать на передней панели макета схему интегрирующей
RC-цепи (рис.17.2), используя навесные элементы R = 33 кОм,
С = 100 нФ.
C
U вх
R
R
U вых
Рис.17.1. Дифференцирующая цепь
U вх
C
U вых
Рис.17.2. Интегрирующая цепь
77
U ВХ
t
U ВЫХ 1
t
U ВЫХ 6
t
Рис. 17.3. Осциллограммы напряжений
2.2. Параметры импульсов на выходе генератора прямоугольных импульсов такие же как в пункте 1.2. Осциллограф подключить к выходу RC-цепи (клеммы «Выход» макета).
2.3. Изменяя величину сопротивления резистора R, и емкости конденсатора С, изучить их влияние на параметры выходных импульсов.
Длительность импульсов измерять на уровне 0,5. Данные измерений
занести в табл. 17.2. Зарисовать осциллограммы (рис. 17.3).
Таблица 17.2
Рассчитать
С, нФ R, кОм
100
33
3
0.12
100
10
1
33
 = RC мкс
/ и вх
Измерить
Um вых В
 и вых мкс
№
осциллограммы
1
2
3
4
5
6
3. Исследовать зависимость формы, амплитуды и длительности
выходных импульсов дифференцирующей и интегрирующей RCцепей от длительности входных импульсов.
3.1. Собрать схему дифференцирующей цепи (рис.17.1) с параметрами R = 33 кОм, С = 1 нФ. Изменяя длительность входных импульсов в соответствии с табл.17.3, измерить амплитуду и длительность выходных импульсов RC-цепи, зарисовать осциллограммы.
Результаты измерений занести в табл. 17.3.
78
3.2. Собрать схему интегрирующей цепи (рис 17.2) с параметрами R = 33 кОм, С = 100 нФ. Изменяя длительность входных импульсов в соответствии с табл.17.3, измерить амплитуду и длительность выходных импульсов RC-цепи, зарисовать осциллограммы.
Результаты измерений занести в табл. 17.3.
Таблица 17.3
Цепь
Параметры
дифференцирующая цепь
R = 33 кОм
С = 1 нФ
интегрирующая
цепь
R = 33 кОм
С = 100 нФ
 и вх
мкс
200
100
200
100
Измерить
Um вых
 и вых
В
мкс
№
осциллограммы
4. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6. Контрольные вопросы
1. Дать схему дифференцирующей RC-цепи. Почему она так называется? Как изменяется форма входных прямоугольных импульсов?
2. При каком условии RC-цепь будет дифференцирующей?
3. Дать схему интегрирующей RC-цепи. Почему она так называется? Как изменяется форма входных прямоугольных импульсов?
4. При каком условии RC-цепь будет интегрирующей?
5. При каких условиях RC-цепь будет переходной?
79
Лабораторная работа № 18
ИССЛЕДОВАНИЕ ОГРАНИЧИТЕЛЕЙ АМПЛИТУДЫ
СИГНАЛОВ
1. Цель работы
Исследование работы схем последовательного и параллельного
диодных ограничителей при синусоидальном напряжении на входе.
2. Содержание работы
1. Исследование работы последовательного диодного ограничителя при различной полярности и величине опорного напряжения.
2. Исследование работы параллельного диодного ограничителя
при различной полярности и величине опорного напряжения.
3. Перечень оборудования
1. Лабораторный макет.
2. Генератор низкой частоты.
3. Электронный осциллограф.
4. Схемные элементы (резисторы, диод, соединительные провода).
4. Методические указания
Сигнал синусоидальной формы подается на вход ограничителя
от генератора низкой частоты.
При выполнении работы нужно собрать и исследовать 2 схемы
ограничителей: одну последовательную, другую – параллельную.
Причем, если собранная схема последовательного ограничителя
(рис. 18.1 или рис. 18.2) дает ограничение сверху, то для параллельного ограничителя нужно выбрать и собрать схему (рис. 18.3
или рис. 18.4), дающую ограничение снизу.
Исследуемая схема собирается на навесных элементах на передней панели макета.
Наблюдение формы сигнала и измерение его параметров производится с помощью осциллографа, подключаемого к входу или выходу ограничителя.
80
VD
VD
R
R
U вх
U вых
U вх
U вых
E on
E on
Рис. 18.1
Рис. 18.2
R
R
VD
VD
U вых
U вх
U вых
U вх
E on
Рис. 18.3
E on
Рис. 18.4
Источник опорного постоянного напряжения Еоп смонтирован
внутри макета, включается тумблером в верхней части макета.
Величина Еоп изменяется с помощью потенциометра, выведенного под шлиц на лицевой панели макета, и измеряется осциллографом.
Полярность Еоп меняется тумблером (находится в центре макета): «+» в верхнем положении, «–» в нижнем положении.
5. Последовательность выполнения работы
1. Исследование работы последовательного диодного ограничителя.
1.1. Собрать схему последовательного ограничителя (рис. 18.1
или рис 18.2), используя элементы R = 7.5 кОм, VД – Д220.
1.2. Включить источник опорного напряжения Еоп. Потенциометр регулировки Еоп вывести влево до упора ( при этом Еоп = 0).
81
UВХ
t
UВЫХ1
t
UВЫХ11
t
Рис 18.5
1.3. Подключить генератор низкой частоты ко входу ограничителя (клеммы «Вход»).
1.4. Установить на генераторе НЧ параметры синусоидального
сигнала F = 1кГц, Um = 5 В (по осциллографу).
1.5. Изменяя Еоп от 0 до –5 В, затем от 0 до +5 В с помощью потенциометра, измерить размах Uразмах и зарисовать осциллограммы выходного напряжения.
Результаты измерений занести в табл. 18.1.
Таблица 18.1
Еоп В
–5
–4
–3
–2
–1
0
+1
+2
+3
+4
+5
№ осцил.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Uразмах B
2. Исследование работы параллельного диодного ограничителя.
2.1. Собрать на стенде схему параллельного диодного ограничителя (рис. 18.3 или рис. 18.4), используя те же навесные элементы
и источник опорного напряжения.
2.2. Проделать пункты 1.2–1.4, зарисовать осциллограммы.
Данные измерений занести в табл. 18.2.
Таблица 18.2
Еоп В
–5
–4
–3
–2
–1
0
+1
+2
+3
+4
+5
№ осцил.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Uразмах B
82
3. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6. Контрольные вопросы
1. Какое устройство называется ограничителем амплитуды?
2. В схеме последовательного диодного ограничителя: когда напряжение на выходе повторяет по форме входное, когда остается
постоянным?
3. В схеме параллельного диодного ограничителя: когда напряжение на выходе повторяет по форме входное, когда остается постоянным?
4. На что влияет направление включения диода в схемах ограничителей?
5. На что влияет полярность источника опорного напряжения?
83
Лабораторная работа № 19
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНО-ТРАНЗИСТОРНОЙ
ЛОГИКИ (ТТЛ)
1. Цель работы
Знакомство с логической микросхемой типа ТТЛ, снятие характеристик.
2. Содержание работы
1. Снятие передаточной и входной характеристик
Uвых = f(Uвх) Iвх = f(Uвх).
2. Определение напряжений, соответствующих логическим «0»
и «1» на входе и выходе микросхемы.
3. Снятие зависимости U0вых = f(Rн).
3. Перечень оборудования
1. Универсальная измерительная установка.
2. Микросхема КР155ЛА1.
4. Методические указания
Ознакомиться с краткими теоретическими сведениями, произвести требуемые измерения, по результатам которых построить
графики.
Краткие теоретические сведения.
Элементы типа ТТЛ специфичны для интегральных схем. В системах элементов на дискретных элементах компоненты ТТЛ не
реализуются. Под ТТЛ понимают элементы, в которых входная
логика выполнена с помощью многоэмиттерного транзистора, заменяющего диодную схему и диоды смещения, применяемые в элементах ДТЛ.
Многоэмиттерный транзистор повышает быстродействие схемы
ТТЛ. Выходные каскады ТТЛ – схем позволяют увеличить нагрузочную способность схем и обеспечить их функциональную логическую сложность. Схема элемента ТТЛ показана на рис. 19.1.
84
ЕК
RК
RБ
Выходы
VТ1
VТ2
Входы
Рис. 19.1. Элемент ТТЛ
Если все эмиттерные переходы Т1 закрыты высокими уровнями напряжения, то его коллекторный переход открыт и коллекторный ток течет в базу транзистора Т2, поддерживая его в открытом
состоянии, следовательно, на выходе будет низкий уровень напряжения. Если на входах Т1 появится хотя бы один низкий уровень
напряжения, то соответствующий эмиттерный переход откроется,
а транзистор Т2 закроется. При этом на выходе появится высокий
уровень напряжения. Описанный элемент ТТЛ выполняет операцию «И-НЕ».
Принципиальная схема используемой в лабораторной работе
микросхемы КР155ЛА1 представлена на рис. 19.2.
Микросхема КР155ЛА1 выполняет операцию 2*(4 И-НЕ).
1
Uâûõ
= 2,4Â
1
Iâõ
≤ 1,2 ìÀ
0
Uâûõ
= 0,4Â
0
Iâõ
≤ 40 ìÀ
Êðàç = 10
+5B
14
1
2
4
5
9
10
12
13
8
6
Рис. 19.2. Принципиальная схема КР155ЛА1
85
5. Последовательность выполнения работы
1. Собрать схему в соответствии с рисунком 19.3 и дать проверить ее преподавателю.
PV1 – вольтметр с пределом 5 В.
PV2 – вольтметр с пределом 2,5 В.
PA1 – миллиамперметр mA1 (без перемычки предел измерения
50 mA).
R3 и R4 – нагрузка.
Соединения входов 1, 2, 4, 5 и 9, 10, 12, 13 – внутренние.
Подключить к ИМС источник питания Eo = 5 В (в правой части
лицевой панели лабораторной установки).
Uвх подается от регулируемого источника ±5 В (в левой части
лицевой панели лабораторной установки).
2. Снять характеристики Uвых = f(Uвх) и Iвх = f(Uвх).
2.1. Изменяя Uвх в пределах от 3 В до 0 через 0,2 В по PV1, измерить соответствующие значения Uвых по PV2 и Iвх по PА1.
В точках характеристики, когда Iвх уменьшится до 0 и изменится его направление, поменять полярность подключения PА1 и поставить перемычку (увеличить предел измерения).
2.2. Данные занести в табл. 19.1 и по результатом измерений построить графики Uвых = f(Uвх) и Iвх = f(Uвх).
2.3. По графику характеристики Uвых = f(Uвх) определить: U0 вых
и U1 вых.
Источник
входного
сигнала
R1
+
5В
+
14
R2 DD1
14 К155ЛА1
6 6
&
РА1
U РЕГ
+
PV1
+
2
4
5
1
9 &
10
12
13
ИП
5В
–
+
PV2
R3
R4
7
7
Рис. 19.3.Схема соединения приборов для исследования ИМС
типа ТТЛ
86
Таблица 19.1
Зависимости Uвых = f(Uвх) и Iвх = f(Uвх)
Uвх (В)
3,0 2.8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2
0
Uвых (В)
Iвх(мА,
мкА)
3. Снять зависимость U0вых = f(Rн).
Установить выходное напряжение, соответствующее логическому «0».
Подключая к выходу ИМС резисторы R3 и R4, измерить Uвых.
R3 = 2,2 кOм, R4 = 470 Ом.
Данные измерений занести в табл. 19.2. По результатам измерения построить график.
Таблица 19.2
Зависимость U0вых= f(Rн)
Rн (Ом)
R3 = 2,2 кOм
R4 = 470 Ом
Uвых (В)
4. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6. Контрольные вопросы
1. Что такое элемент ТТЛ?
2. Какую логическую операцию осуществляет элемент типа
ТТЛ?
3. В чем заключается потенциальный способ задания двоичных
чисел?
4. Что такое коэффициент разветвления по выходу?
87
Лабораторная работа № 20
ИССЛЕДОВАНИЕ МУЛЬТИВИБРАТОРА
1. Цель работы
Исследовать работу схем ждущего и автоколебательного мультивибратора на логических ИМС «И-НЕ».
2. Содержание работы
1. Снятие осциллограмм входных и выходных напряжений ждущего мультивибратора (одновибратора).
2. Снятие зависимости длительности выходных импульсов (τи)
и периода их следования (Тсл) от периода следования запускающих
импульсов (Тзап): τи = f1(Тзап), Тсл = f2(Тзап).
3. Снятие зависимости длительности выходных импульсов (τи) и
их периода следования (Тсл) от величины емкости C3.
4.Проверка работы мультивибратора в автоколебательном режиме.
3. Перечень оборудования
1. Лабораторный макет.
2. Генератор прямоугольных импульсов Г5-54.
3. Осциллограф С1-55.
4. Схемные элементы (конденсаторы, соединительные провода).
4. Методические указания
Прямоугольные импульсы для запуска схемы ждущего мультивибратора подаются от генератора Г5-54;
Источник питания для схем мультивибраторов смонтирован
внутри макета;
Наблюдение формы сигнала производится с помощью осциллографа С1– 55, подключаемого к соответствующим точкам схемы.
При сборке схемы ждущего мультивибратора (рис. 20.1) необходимо учесть, что конденсаторы C1, C2, C3 находятся внутри лабораторного макета, а соединения, обозначенные на схемах «– – –», также
уже произведены внутри макета и не требуют внешних проводников.
88
Синхр. имп.
1:1 Х'2
С1
Синхр.
Х2
&
Г 5-54
Y1
Y
ЭО
D1.1
Х5'
С3
Х5
&
Y2
D1.2
R2
Рис 20.1. Ждущий мультивибратор (одновибратор)
Собранные схемы необходимо предъявлять для проверки преподавателю.
5. Последовательность выполнения работы
1. Исследование работы ждущего мультивибратора (одновибратора).
1.1. Собрать схему одновибратора (рис.20.1) на логических элементах D1.1 и D1.2.
Подключить лабораторный макет к сети питания. На генераторе
Г5-54 установить следующие параметры:
– Частота следования запускающих импульсов Fсл = 1 кГц;
– Длительность импульсов τи = 10 мкс;
– Амплитуда импульсов Um = 5 В, полярность отрицательная.
Подключить вход Y осциллографа к гнезду Y1 макета. У осциллографа С1-55 установить режим внешней синхронизации (синхроимпульсы подать на вход X осциллографа с гнезда ‹‹Вых. имп. синхронизации›› Г5-54).
1.2. Снять осциллограммы напряжений одновибратора в точках
Y1, Y2, X′2, X5 макета и занести в отчет.
1.3. Снять зависимость длительности выходных импульсов и периода их следования от периода следования запускающих импульсов Тзап.
89
U ЗАП
t
Y1
t
Y2
t
X'2
t
X5
t
Рис 20.2
Изменяя частоту запускающих импульсов на Г5-54 измерить
с помощью осциллографа τи и Тсл и результаты занести в табл. 20.1.
Таблица 20.1
Fзап (кГц)
Г5-54
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Тзап (мкс)
Тсл (мкс)
τи (мкс)
1.4. Снять зависимость длительности выходных импульсов и их
периода следования от величины емкости конденсатора С3.
Установить на Г5-54 частоту запускающих импульсов Fзап = 1 кГц.
Измерить длительность выходных импульсов и период их следования для трех значений емкости конденсатора С3.
Величина С3 изменяется подключением навесных конденсаторов к гнездам X′5 и X5 макета. Результаты занести в табл. 20.2.
Таблица 20.2
С3 (мкФ)
0,1
0,1+0,1
0,1+0,25
τи (мкс)
Тсл (мкс)
2. Исследование работы автоколебательного мультивибратора
Собрать схему автоколебательного мультивибратора (рис. 20.3)
на логических элементах D1.1, D1.2, D1.3 и D1.4.
Отключить генератор прямоугольных импульсов Г5-54 от макета.
90
R1
Х'2
Y
С1
ЭО
Х2
&
Y1
D1.1
&
Х6
Х5
С3
&
Y2
Y3 Х9
D1.3
&
Y4
D1.4
Х7
D1.2
R2
Рис. 20.3. Автоколебательный мультивибратор
Зарисовать осциллограммы выходных импульсов мультивибратора (точка Y1) и измерить параметры импульсов: τи и Тсл.
3. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6. Контрольные вопросы
1. Что такое мультивибратор?
2. Что такое одновибратор?
3. Как связаны частота выходных импульсов одновибратора и
частота запускающих импульсов?
4. На какой параметр выходных импульсов мультивибратора
влияет величина емкости конденсатора С3?
91
Лабораторная работа № 21
ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ЛИНЕЙНОИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ НАПРЯЖЕНИЯ (ГЛИН)
1. Цель работы
Экспериментальное изучение основных характеристик ГЛИН.
2. Содержание работы
1. Определение влияния разрядной емкости С3 в схеме простейшего ГЛИН и ГЛИН с положительной обратной связью на параметры выходного импульса:
– время рабочего хода Tрх = f1(C3);
– время обратного хода Тох = f2(C3);
– амплитуду выходного напряжения Uвых m = f3(C3).
2. Определение зависимости формы и амплитуды выходного напряжения от частоты запускающих импульсов Uвых m = f4(F).
3. Объяснение полученных результатов и ответы на контрольные вопросы.
3. Перечень используемого оборудования
1. Лабораторный макет.
2. Генератор прямоугольный импульсов ( ГПИ ) Г5-54.
3. Электронный осциллограф.
4. Методические указания
Лабораторный макет позволяет исследовать 2 схемы генератора
линейно– изменяющегося напряжения:
– ГЛИН без обратной связи (для чего емкость С2 должна быть
отключена);
– ГЛИН с положительной обратной связью (для чего емкость С2
должна быть подключена).
К схеме прилагается следующие элементы: С2 = 5 мкФ, С3 = = 0.1 мкФ, С3 = 0.03 мкФ.
92
Исследуемая
ГПИ
схема
Осциллограф
Рис. 21.1 Схема электрическая структурная
лабораторной установки
Питание схемы осуществляется от источника, вмонтированного в лабораторный макет. Включение или отключение макета осуществляется тумблером «Вкл» – «Откл».
Импульсный генератор ГПИ служит источником запускающих
импульсов и подключается к клеммам «вход» исследуемой схемы.
Осциллограф служит для визуального наблюдения формы выходного сигнала, определения параметров выходного импульса.
Подключается к клеммам «выход» или к контрольной точке.
5. Последовательность выполнения работы
1. На генераторе Г5-54 установить: частоту повторения импульсов 2 кГц, амплитуду импульсов 3 В, длительность импульсов 20
мкс, полярность – отрицательная.
Подключить осциллограф к выходу исследуемого макета, включить осциллограф, дать ему прогреться.
2. Исследование простейшей схемы ГЛИН.
Без ПОС – С2 отключить. С ПОС – С2 подключить.
2.1. Исследовать влияние разрядной емкости С3 на параметры
выходного напряжения.
Данные занести в табл. 21.1. Зарисовать осциллограммы напряжений в контрольных точках (рис.21.2).
Таблица 21.1
С3 мкФ
без
ПОС
с ПОС
U вх, В
U Б, В
Uвых m, В
T р.х. мкс
Tо.х. мкс
0,1
0,03
0,1
0,03
2.2. Исследовать влияние частоты запускающих импульсов на
форму выходного напряжения. Установить С3 = 0.03 мкФ.
93
U ВХ, В
t, мкс
U Б, В
t, мкс
U ВЫХ, В
t, мкс
Рис.21.2.Осциллограммы напряжений
Величины напряжений занести в табл. 21.2, зарисовать осциллограммы выходного напряжения.
Таблица 21.2
Частота
1,5 кГц
осциллограмма
5 кГц
Uвых m В
осциллограмма
Uвых m В
Без ПОС
При ПОС
3. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6. Контрольные вопросы
1. На чем основан принцип построения ГЛИН?
2. Как влияет величина разрядной емкости на параметры выходного напряжения: время рабочего хода Tрх, время обратного
хода Тох, амплитуду выходного напряжения Uвых m?
3. Как влияет частота запускающих импульсов на форму выходного напряжения?
4. Как влияет ПОС на форму выходного сигнала?
94
Лабораторная работа № 22
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОСТАТНОГО ТРИГГЕРА
НА ТРАНЗИСТОРАХ
1. Цель работы
Исследовать временные диаграммы напряжений на базах и коллекторах транзисторов, а также влияние элементов схемы на быстродействие, величину и форму выходного сигнала.
2. Содержание работы
1. Ознакомится с методическими указаниями.
2. Снятие осциллограмм напряжений на базах и коллекторах
триггера.
3. Исследование зависимости периода следования выходных
импульсов триггера Ттр от периода следования запускающих импульсов Тзап.
4. Исследование влияния величины коллекторной нагрузки на
параметры выходного сигнала.
5. Исследование влияния ускоряющих емкостей на параметры
выходного сигнала.
3. Перечень оборудования
1. Лабораторный макет реостатного триггера.
2. Генератор прямоугольных импульсов Г5-54.
3. Электронный осциллограф С1-55.
4. Методические указания
Принципиальная схема реостатного триггера на транзисторах
представлена на макете.
Источник питания схемы расположен внутри макета и на схеме
не показан. Макет питается от сети 220 В, 50 Гц.
Гнезда на макете предназначены:
– для подачи запускающих импульсов от Г5-54 (гн. 3 или гн. 1);
– для снятия осциллограмм (коллекторы и базы транзисторов);
– для подключения резисторов и конденсаторов (R2, R8, C2, C4).
95
Базовое смещение подается от источника питания макета и дополнительного подключения не требуется (гн. 2).
Подготовка в работе.
На лабораторном макете тумблер блока питания установить
в положении «Выключено». Установить R2 = R8 = 3 кОм, C2 = C4 = 1 нФ.
На генераторе Г5-54 установить: Fc = 1 кГц, τи = 2 мкс, Um = 3 В,
полярность – положительная.
На осциллографе С1-55 установить внешнюю синхронизацию от
Г5-54 (синхроимпульсы).
5. Последовательность выполнения работы
1. Исследовать работу реостатного триггера в режиме счетного
запуска по базам.
От генератора Г5-54 подать запускающие импульсы на гнездо 3
макета.
Включить питание макета: тумблер блока питания установить
в положении «Включено».
Подключать осциллограф С1-55 последовательно к гнезду 3 и гнездам на базах и коллекторах, зарисовать осциллограммы (рис. 22.1):
2. Исследовать зависимость периода следования выходных импульсов триггера Ттр от периода следования запускающих импульсов Тзап.
Изменять частоту запускающих импульсов в соответствии
с табл. 22.1, измерить период следования выходных импульсов (на
коллекторе VT1 или VT2).
Результаты измерений занести в табл. 22.1, рассчитать частоту
выходного сигнала Fтр.
Таблица 22.1
Fзап (кГц)
Г5-54
1
2
3
4
5
6
7
Ттр (мкс)
Fтр (кГц)
3. Исследовать влияние величины коллекторной нагрузки на
параметры выходного сигнала.
Данные измерений амплитуды и длительности фронтов выходных импульсов при Rк = 3 кОм и Rк = 5,1 кОм занести в табл. 22. 2.
Зарисовать осциллограммы выходного сигнала для различных
нагрузок.
96
U зап
t
U К1
t
U Б1
t
U К2
t
U Б2
t
Рис. 22.1
Таблица 22.2
Rк кОм
Um (В)
τф (мкс)
3,0
5,1
4. Изучить влияние ускоряющих емкостей на параметры выходного сигнала.
На генераторе Г5-54 установить амплитуду запускающих импульсов минимальной, но достаточной для устойчивого запуска
триггера.
Отключить емкости C2 и С4: Убедитесь, что триггер в этом случае не запускается.
Измерить длительность фронтов выходных импульсов при двух
значениях укоряющих емкостей С2 = С4 = 10 нФ и С2 = С4 = 1 нФ.
Результаты измерений занести в табл. 22.3.
Зарисовать осциллограммы выходного сигнала для различных
значений С2, С4.
Таблица 22.3
С2,4 (нФ)
Um (В)
τф (мкс)
10
1
5. Осуществить запуск триггера по коллекторам, подав запускающие импульсы на гнездо 1 макета.
6. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
97
6. Контрольные вопросы
1. Сколько устойчивых состояний имеет триггер?
2. Когда происходит переход в другое устойчивое состояние?
3. Какое соотношение имеют частоты запускающих и выходных
импульсов?
4. Каково назначение С2 и С4?
5. Чем обеспечивается устойчивое состояние триггера?
98
Лабораторная работа № 23
ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРОВ
1. Цель работы
Определение основных показателей усилительного каскада на
транзисторе, включенном по схемам с общим эмиттером, с общим
коллектором и с общей базой.
2. Содержание работы
1. Определение коэффициента усиления и входного сопротивления каскада при холостом ходе.
2. Определение выходного сопротивления каскада.
3. Исследование влияния сопротивления нагрузки на коэффициент усиления каскада и его выходное сопротивление.
4. Анализ полученных результатов и ответы на контрольные вопросы.
3. Перечень оборудования
1. Лабораторный макет исследуемого каскада.
2. Генератор низкой частоты.
3. Электронный вольтметр.
4. Электронный осциллограф.
5. Источник питания.
4. Методические указания
Краткое описание макета усилительного каскада.
Принципиальная схема макета усилительного каскада приведена на его лицевой панели.
Усилительный элемент – биполярный транзистор VT1 – с помощью переключателя SA1 может быть включен по одной из трех известных схем:
– в положении 1 – по схеме с общим эмиттером (ОЭ);
– в положении 2 – по схеме с общим коллектором (ОК);
– в положении 3 – по схеме с общей базой (ОБ).
99
+ E0
SA1.2
1
R3 R5
1
R2 3 SA1.1 C2 VT1
1
R1
C4
SA1.3
1
R4
4
2
7
6
8
SA1.5
1
SA1.4
1
Rг
5
C3
R6
Рис. 23.1. Схема с ОЭ
+ E0
SA1.2
2
R3
1
R2 3
R1
SA1.1
2
C4
SA1.3
2
C2 VT1
5
7
6
8
SA1.5
2
Rг
R6
R4
4
2
Рис. 23.2. Схема с ОК
Rг
1
R1
R3 R5
R2 3
SA1.1
3
VT1
C1
+ E0
SA1.2
3
SA1.3
3
SA1.4
4
R4
C3
Рис. 23.3. Схема с ОБ
100
5
7
6
8
SA1.5
3
3
2
C4
С целью упрощения чтения схемы для каждого из положений
переключателя SA1 на рис. 23.1 – 23.3 изображена соответствующая схема усилительного каскада. В этих схемах указаны номера
замкнутых контактов переключателя SA1.
Нагрузка каскада Rн изображена пунктиром, а схема коммутации нагрузки переключателем SA2 не изображена.
Схема усилительного каскада построена таким образом, что для
всех трех схем включения сохраняется неизменным режим работы
по постоянному току и величина нагрузки.
Источник сигнала (генератор низкой частоты) с одинаковым
для всех схем включения значением эдс ( E1 ) подключается ко
входу исследуемого каскада через резисторы R1 и R2, служащие
для имитации внутреннего сопротивления источника сигнала.
С помощью этих же резисторов осуществляется определение
входного сопротивления каскада. Переключатель SA2 осуществляет изменение величины нагрузки каскада по переменному
току. В положении 1 – режим холостого хода, в положении 2 –
высокоомная нагрузка (R7), в положении 3 – низкоомная нагрузка (R8).
Конденсатор C2 является разделительным для схем с ОЭ и ОК.
Шунтирование конденсатором C1 резистора R2 по переменному
току в схеме с ОБ позволяет изменить внутреннее сопротивление
генератора, не нарушая режима работы каскада по постоянному
току.
Конденсатор C3 служит для шунтирования эмиттерного резистора R6 в схеме с ОЭ и замыкания цепи базы по переменному току
на общий провод в схеме с ОБ.
Измерение входных и выходных напряжений каскада осуществляется:
– электронным вольтметром на клеммах лабораторного макета
следующим образом:
– на клеммах 1–2 измеряется эдс входного сигнала ( E1 ), задаваемая с помощью генератора низкой частоты;
– на клеммах 3–4 измеряется напряжение на входе каскада
( U1 );
– на клеммах 5–6 измеряется выходное напряжение ( U2 ) в положениях 2 и 3 переключателя SA2 и U2 = E2 в положении 1.
Контроль формы выходного напряжения осуществляется с помощью электронного осциллографа, подключенного к клеммам
7–8 макета.
101
5. Последовательность выполнения работы
1. Подготовка аппаратуры к проведению работы.
1.1. Ознакомиться с электрическими схемами усилительного
каскада (рис. 23.1–23.3), измерительными приборами, их подключением к клеммам лабораторного макета, а так же с расположением и назначением органов управления на лабораторном макете.
1.2. Включить измерительные приборы в сеть 220 В и дать им
прогреться в течении 2–3 минут. Установить на генераторе частоту – 1000 Гц.
1.3. Подключить источник питания 12 В к макету, учитывая полярность, указанную на схеме. Включить источник питания.
2. Произвести измерение напряжений на входе и выходе усилительного каскада при трех схемах включения транзистора.
2.1. Установить переключатели SA1 и SA2 в положение 1.
2.2. Задать от генератора низкой частоты эдс источника сигнала E1 = 20 мВ, контролируя ее электронным вольтметром по шкале
30 мВ.
С помощью осциллографа убедиться в отсутствии заметных на
глаз искажений формы выходного синусоидального сигнала.
2.3. Измерить напряжения U1 и U2 . Полученные данные занести в табл. 23.1 для схемы с ОЭ.
Примечание: В дальнейшем перед каждым измерением напряжений U1 и U2 контролировать точность поддержания эдс E1 электронным вольтметром по шкале 30 мВ.
2.4. Измерить напряжения U1 и U2 в положениях 2 и 3 переключателя SA2. Данные занести в табл. 23.1 для схем с ОК и ОБ.
3. Рассчитать параметры усилительного каскада для трех схем
включения транзистора и заполнить соответствующие графы табл.
23.1.
В положении 1 переключателя SA2 исследуется режим холостого хода каскада. В этом режиме определяется значение выходной
эдс каскада U2 = E2хх. Это значение E2 используется для расчета
выходного сопротивления каскада Rex .
4. Произвести анализ зависимости коэффициента усиления каскада по напряжению и по мощности, входного и выходного сопротивления от схемы включения транзистора. Объяснить полученные результаты.
5. Составить отчет о лабораторной работе по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
102
103
Измерить
3
ОБ
2
ОК
1
ОЭ
U1
U2
SA1 SA2
(мВ) (мВ)
Положение
переключателя
(мА)
E − U1
I1 = 1
RÃ
U
Rin = 1
I1
(Ом)
U
K= 2
U1
______
______
______
U22
KÐ =
Rí⋅U1 ⋅I1
Рассчитать при Е1= 20 мВ и
Rг = 1000 Ом для схем с ОЭ и ОК
Rг = 100 Ом для схемы с ОБ
Rex
=
_____
_____
_____
_____
_____
_____
E2−U 2
⋅ Rí
U2
(Ом)
100
1000
∞
100
1000
∞
100
1000
∞
Значение
Rн (Ом)
Таблица 23.1
6. Контрольные вопросы
1. В какой из схем коэффициент усиления по мощности максимален и почему?
2. В какой из схем коэффициент усиления по напряжению наибольший, а в какой наименьший?
3. Какая из схем обладает наибольшим, а какая наименьшим
входным сопротивлением и почему?
4. Какая схема имеет наибольшее и какая наименьшее выходное
сопротивление?
104
Лабораторная работа № 24
ИССЛЕДОВАНИЕ ТУННЕЛЬНОГО ДИОДА
1. Цель работы
Ознакомление с туннельным диодом и его N-образной вольтамперной характеристикой.
2. Содержание работы
1. Сборка и опробование схемы.
2. Снятие ВАХ туннельных диодов различных типов.
3. Определение основных параметров туннельных диодов.
4. Ответы на контрольные вопросы.
3. Перечень оборудования
1. Исследуемые туннельные диоды.
2. Универсальная измерительная установка.
3. Электронный вольтметр В7-15.
4. Соединительные провода для сборки схемы.
4. Методические указания
Туннельный диод – это полупроводниковый диод, в котором
туннельный эффект приводит к появлению на вольт-амперной характеристике участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
ВАХ туннельного диода имеет следующие особенности (рис. 24.1):
– N-образную ветвь с участком отрицательного дифференциального сопротивления при прямом включении диода;
– при обратном смещении туннельный диод имеет относительно
высокую проводимость.
Участок а – рост тока через диод за счет действия туннельного
эффекта (электроны идут из n – области в p – область).
Участок б – уменьшение туннельного тока электронов за счет
ослабления туннельного эффекта.
Участок в – возрастание тока за счет инжекции носителей, как
в обычных диодах.
105
I (mA)
IП
IВ
г
б
a
0
UП
в
UВ
U (В )
Рис 24.1. ВАХ туннельного диода
Участок г – при обратном смещении p-n перехода ток растет
значительно из-за действия туннельного эффекта (дырки из p–области идут в n–область).
Основные параметры:
Пиковый ток Iп – прямой ток максимума вольт-амперной характеристики.
Ток впадины Iв – прямой ток минимума вольт-амперной характеристики.
Отношение токов туннельного диода – отношение тока пика
к току впадины.
Для Ge диодов Iп/Iв = 3 ÷ 6
Для GaAs диодов Iп/Iв ≥10.
Напряжение пика Uп – прямое напряжение, соответствующее
току пика.
Для Ge диодов Uп = 100 ÷ 150 мВ.
Для GaAs диодов Uп = 40 ÷ 60 мВ.
Напряжение впадины Uв – прямое напряжение, соответствующее точке впадины.
Для Ge диодов Uв = 400 ÷ 500 мВ.
Для GaAs диодов Uв = 250 ÷ 350 мВ.
Функциональная схема лабораторной установки приведена на
рис. 24.2.
Для подачи напряжения на исследуемый диод VD3 (VD4) используется параметрический стабилизатор напряжения, выполненный на диодах VD1 и VD2 типа Д9К в прямом включении и
ограничивающем резисторе R1 = 20 Ом.
106
Для уменьшения его выходного сопротивления и возможности
плавной регулировки напряжения используется эмиттерный повторитель на транзисторе VT1 типа МП37А с потенциометром R2 = 1 кОм на входе.
Ток исследуемого туннельного диода измеряется миллиамперметром A1 со шкалой 15 мА. Напряжение на туннельном диоде измеряется электронным вольтметром V1 типа В7-15 на пределах измерения 0.3 В и 1 В.
5. Последовательность выполнения работы
1. Собрать схему лабораторной установки согласно рис. 24.2 для
снятия характеристики туннельного диода VD3.
Движок потенциометра R 2 вывести влево до упора.
Предъявить собранную схему преподавателю и получить разрешение на работу.
Включить общий тумблер «Сеть» на стенде и тумблер источника
питания 5 В. Потенциометр источника повернуть вправо до упора.
Включить вольтметр V1 В7-15, нажав кнопку «+», установить
шкалу на 0,3 В.
2. Снять зависимость UD3 = f (I D3).
Устанавливая потенциометром R2 значения тока Iд < Iп, указанные в табл. 24.1, измерить соответствующие значения напряжения UD по шкале вольтметра 0,3 В.
Результаты измерений занести в табл. 24.1.
R2
1
R1
7
VD1
5В
3
VD2
VT1
A1
15 мA
6
VD3
4
VD4
V1
0,3 В
(1 В )
Рис. 24.2. Схема включения туннельного диода
107
Таблица 24.1
ID3 (мА)
0
1
2
3
4
5
6
UD3 (В)
…
Iп =…
Iв =…
…
…
Uп =…
Uв=…
…
Дальнейшее увеличение тока производить постепенно, наблюдая
одновременно за показаниями вольтметра и миллиамперметра для
того, чтобы зафиксировать переход от пика ВАХ к впадине. Поскольку промежуточные точки участка отрицательного сопротивления не
фиксируются, то необходимо точно измерить Iп, Uп и Iв, Uв.
Продолжая увеличивать ток диода ID > Iв, снять соответствующие
значения UD(возможно переключение шкалы вольтметра на 1 В).
3. Снять зависимость UD4 = f(ID4) для туннельного диода VD4.
Переключить схему для снятия характеристик VD4 согласно
рисунку 24.2.
Повторить действия п.2 Последовательности выполнения работы.
Результаты измерений занести в табл. 24.2.
Таблица 24.2
ID4 (мА)
UD4 (В)
0
1
2
3
4
5
6
…
Iп =…
Iв =…
…
…
Uп =…
Uв=…
…
Выключить питание, разобрать схему.
4. По данным табл. 24.1 и 24.2 построить ВАХ VD 3 и VD4 в единой системе координат.
Построение участка с отрицательным сопротивлением произвести по двум точкам.
По ВАХ диодов определить их параметры Iп, Uп, Iв, Uв, отношение токов Iп /Iв, RД = ∆U/∆I.
5. Составить отчет по установленной форме и ответить на контрольные вопросы.
6. Контрольные вопросы
1. В чем заключается туннельный эффект?
2. Что означает «отрицательное сопротивление»?
3. Какой участок на ВАХ туннельного диода совпадает с ВАХ
обычного диода.
4. У каких диодов больше Uп: у диодов на основе Ge или на основе
GaAs?
108
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Основные источники
1. Электронная техника: учебник / М. В. Гальперин. 2-e изд.,
испр. и доп. М.: ИД ФОРУМ: НИЦ ИНФРА-М, 2014.
Электронные ресурсы
1. Электроника. URL: RU.wikipedia.oRg/
2. Белов Н. В., Волков Ю. С. Электротехника и основы электроники. СПб.: Лань, 2012. 432 с. URL: http://e.lanbook.com/view/
book/3553.
3. Иванов И. И., Соловьев Г. И., Фролов В. Я. Электротехника
и основы электроники. СПб.: Лань, 2012. 736 с. URL: http://e.
lanbook.com/view/book/3190.
Дополнительные источники
1. Шишкин Г. Г., Шишкин А. Г. Электроника: учебник. М.: Дрофа, 2009. 703 с. (Высшее образование).
2. Берикашвили В. Ш., Черепанов А. К. Электронная техника:
учеб. для ссузов. М.: Академия, 2005. 368 с.
3. Браммер Ю. А., Пащук И. Н. Импульсная техника. М.: Форум
Инфра-М, 2005. 280 с.
4. Вайсбурд Ф. И., Панаев Г. А., Савельев Б. Н. Электронные приборы и усилители. М.: КомКнига, 2007. 472 с.
5. Немцов М. Л., Немцова М. Л. Электротехника и электроника:
учеб. для СПО. 2-е изд., стереотип. М.: Академия, 2009. 432 с.
109
СОДЕРЖАНИЕ
Введение...................................................................................
3
Лабораторная работа № 1. Исследование выпрямительного диода.....
5
Лабораторная работа № 2. Исследование кремниевого стабилитрона.
9
Лабораторная работа № 3. Исследование оптрона........................... 13
Лабораторная работа № 4. Исследование транзистора,
включенного по схеме с общей базой............................................. 17
Лабораторная работа № 5. Исследование транзистора,
включенного по схеме с общим эмиттером..................................... 21
Лабораторная работа № 6. Исследование полевого транзистора......... 25
Лабораторная работа № 7. Исследование тиристора........................ 29
Лабораторная работа № 8. Исследование выпрямителя................... 32
Лабораторная работа № 9. Исследование тиристорных
управляемых выпрямителей....................................................... 36
Лабораторная работа № 10. Исследование транзисторного
стабилизатора напряжения......................................................... 42
Лабораторная работа № 11. Исследование предварительного
каскада УНЧ на транзисторе....................................................... 48
Лабораторная работа № 12. Исследование усилителя мощности........ 52
Лабораторная работа № 13. Исследование усилителя
низкой частоты на интегральном ОУ............................................. 57
Лабораторная работа № 14. Исследование дифференциального
усилителя постоянного тока........................................................ 61
Лабораторная работа № 15. Исследование избирательного
усилителя................................................................................. 67
Лабораторная работа № 16. Исследование автогенератора................ 71
Лабораторная работа № 17. Исследование дифференцирующих
и интегрирующих rc-цепей.......................................................... 76
Лабораторная работа № 18. Исследование ограничителей
амплитуды сигналов................................................................... 80
Лабораторная работа № 19. Исследование транзисторнотранзисторной логики (ТТЛ)........................................................ 84
Лабораторная работа № 20. Исследование мультивибратора............. 88
Лабораторная работа № 21. Исследование генератора линейноизменяющегося напряжения (ГЛИН)........................................... 92
Лабораторная работа № 22. Исследование реостатного триггера
на транзисторах......................................................................... 95
Лабораторная работа № 23. Исследование схем включения
транзисторов............................................................................. 99
Лабораторная работа № 24. Исследование туннельного диода........... 105
Список рекомендуемой литературы.............................................. 110
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
9 020 Кб
Теги
makarov
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа