Лабораторная работа по электронике

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 ОСЦИЛЛОГРАФИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ЦИФРОВЫМ ОСЦИЛЛОГРАФОМ 1. Цель работы Освоение методов измерения параметров электрических сигналов с помощью цифрового осциллографа RIGOL DS1052E. Знакомство с простейшими электрическими цепями, широко использующимися в электронике. 2. Предварительное задание 2.1. Ознакомиться с теоретическими сведениями к лабораторной работе. 2.2. Рассчитать коэффициенты деления резистивного делителя КДЕЛ=R2/(R1+R2) (рисунок 1) для заданных значений сопротивлений резисторов. 3. Исследование резистивного делителя напряжения Для исследования схемы резистивного делителя собираем в программной среде NI Multisim схему, приведенную на рисунке 2. Результаты измерений для различных значений резистора R2 сведены в таблицу 2. Полученные в ходе виртуального эксперимента численные значения коэффициентов передачи резистивного делителя для различных значений резисторов совпадают с их расчетными значениями. Увеличение значения резистора, подключенного параллельно выходу делителя, приводит к увеличению выходного напряжения и росту значения коэффициента деления. Уменьшение номинала этого резистора приводит к уменьшению как выходного напряжения, так и коэффициента деления. Выходное напряжение резистивного делителя всегда меньше значения входного напряжения. Коэффициент деления резистивного делителя всегда меньше единицы. 4. Исследование фазосдвигающей RC-цепи Для электрической цепи, схема которой изображена на рисунке 3, заданы значения элементов схемы: Определим значение частоты входного гармонического сигнала, при котором сдвиг фаз между выходным и входным напряжением составит -45°: Значение коэффициента передачи фазосдвигающей цепи на данной частоте: Проверку полученных значений выполним с помощью программной модели, изображенной на рисунке 4. Осциллограммы входного и выходного сигналов изображены на рисунке 5. Используя полученные осциллограммы для входного и выходного сигналов определяем коэффициент передачи и сдвиг фаз для исследуемой цепи: Погрешности измерений коэффициента передачи и значения фазового сдвига: При замене в резистивном делителе хотя бы одного резистора на пассивный реактивный элемент (индуктивность или емкость) возникает сдвиг фаз между входным и выходным напряжением. Использование осциллографа для измерения параметров электрических колебаний оправдано в тех случаях, когда нет необходимости получить результат с высокой точностью. 5. исследование частотных характеристик фазосдвигающей цепи Для получения частотных характеристик фазосдвигающей цепи выполним анализ модели (рисунок 4) по переменному току. Параметры элементов исследуемой цепи оставляем без изменений. Полученные графики изображены на рисунке 6. Очевидно, что заданная электрическая цепь (рисунок 3) представляет собой фильтр нижних частот. Полоса пропускания ФНЧ по уровню -3 дБ составляет 0…340 Гц. 6. Исследование отклика цепи на последовательность прямоугольных импульсов Для заданного исследования собираем модель электрической цепи, приведенную на рисунке 7. Форму выходного сигнала можно получить с помощью осциллографа, но в данном случае это удобнее сделать с помощью анализа заданной цепи во временной области – рисунок 8. Выходной сигнал представляет собой прямоугольный импульс со сравнительно большим (по отношению к длительности самого импульса) значением длительности фронта импульса: Очевидно, что длительность спада импульса равна длительности фронта с высокой точностью. Иначе и быть не может, ведь заряд и разряд емкости в данной схеме осуществляется через один и тот же резистор. Данная цепь может найти применение в различных импульсных устройствах. Можно реализовать формирователь импульсов заданной длительности или селектор импульсов по длительности действия входного сигнала. В последнем случае случайные импульсы с длительностью единицы мкс (помехи) не проходят на выход данной электрической цепи. Повторяем временной анализ заданной электрической цепи, приняв R1=110 кОм. Временные диаграммы для данного случая изображены на рисунке 9. В данном случае форма выходного сигнала приблизительно соответствует интегралу от входного воздействия. Данный класс цепи называется интегрирующими цепями. Интегрирующие цепи находят применение в импульсных цепях для формирования импульсов с заданными параметрами и селекции импульсов по длительности.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

1. Цель работы Изучение характеристик и параметров диодов – выпрямительного, Шоттки, стабилитрона и светодиода. 2. Предварительное задание 2.1. Изучить темы курса «p-n переход», «полупроводниковые диоды» и содержание данной лабораторной работы. 2.2. Пользуясь принципиальными схемами, приведенными методических указаниях, составить схемы экспериментов в программной среде NI Multisim для выполнения необходимых экспериментов. 3. Исследование выпрямительного диода Для исследования используется диод типа 1BH62 с максимальным значением прямого тока 3А. Для снятия ВАХ выбранного диода используем модель, приведенную на рисунке 1. Рисунок 1 – Модель для получения ВАХ выпрямительного диода Используя приведенную схему выполняем анализ схемы при изменении параметров элементов по постоянному току. В данном случае меняем напряжение источника V1. Полученная прямая ветвь ВАХ выпрямительного диода изображена на рисунке 2. Рисунок 2 – ВАХ прямой ветви выпрямительного диода Для получения обратной ветви ВАХ выпрямительного диода можно использовать схему на рисунке 1, задав отрицательные значения напряжения для источника питания. График обратной ветви ВАХ выпрямительного диода изображен на рисунке Рисунок 3 — ВАХ обратной ветви выпрямительного диода Используя полученные графические зависимости определяем параметры выпрямительного диода: максимальное напряжение в открытом состоянии; пороговое напряжение; дифференциальное и статическое сопротивление при прямом напряжении. Полученные значения сведем в таблицу результатов 1. Дифференциальное сопротивление на порядок ниже значения статического сопротивления выпрямительного диода. Исследование частотных свойств выпрямительного диода выполним с помощью моделирования схемы, изображенной на рисунке 4. Рисунок 4 – Модель для исследования частотных свойств диода Осциллограммы на входе и выходе схемы при различных значениях частоты входного сигнала изображены на рисунках 5…7. Полученные осциллограммы не позволяют определить время восстановления диода. Для определения данного временного параметра используем осциллограмму на рисунке 8. Рисунок 8 – Оценка времени восстановления выпрямительного диода Из рисунка 8 следует, что время восстановления выпрямительного диода приблизительно составляет 3…4 нс. Выпрямительный диод представляет собой электронный прибор с двумя выводами. Для диода характерно наличие 2-х четко выраженных состояния: диод открыт (через диод протекает ток) и диод закрыт (ток через электронный прибор не протекает или очень мал по величине). Открытие диода происходит при подаче прямого смещения, величина которого превышает значение отпирающего напряжения. Во всех остальных случаях диод закрыт. Переход из одного состояния в другое происходит сравнительно быстро и при анализе выпрямительных схем может не учитываться. Другими словами, можно считать, что в выпрямителях, работающих на частоте не выше 50…100 кГц переключение диода происходит практически мгновенно. При подаче обратного смещения ток практически равен нулю. Если обратное напряжение превышает напряжение пробоя p-n перехода, то ток через обратно смещенный диод резко возрастает. 4. Исследование диода Шоттки Для получения ВАХ диода с барьером Шоттки можно использовать схему на рисунке 1. Для программного эксперимента выбран диод типа 10BQ015 с максимальным значение прямого тока 1 А. ВАХ диода Шоттки построена на рисунках 2 и 3. Рассчитанные параметры данной разновидности полупроводникового диода занесены в таблицу 1. Сразу видно, что падение напряжения при прямом смещении существенно ниже чем у выпрямительного диода. Это очень ценное свойство диода при проектировании и изготовлении выпрямителей. Недостатком диода с барьером Шоттки является сравнительно низкое значение электрического пробоя при обратном смещении диода – рисунок 3 5. Исследование стабилитрона Для исследования в задании указан стабилитрон 02BZ2.2 с напряжением стабилизации 2,2 В. Исследование выполняем с помощью схемы 1, построенные ветви ВАХ приведены на рисунках 2 и 3. Прямая ветвь ВАХ стабилитрона практически не отличается от ВАХ выпрямительного диода. Обратная ветвь является рабочей и имеет участок с очень малым дифференциальным сопротивлением. Используя свойства данного участка есть возможность использовать стабилитрон как источник опорного напряжения в различных электронных схемах. С помощью графика обратной ветви ВАХ стабилитрона определим значение напряжения стабилизации и величину дифференциального сопротивления на рабочем участке стабилитрона: 6. Исследование светодиода Для исследования задан типовой светодиод синего свечения. Указанный светодиод отличается сравнительно высоким значением порогового напряжения (3,7 В) и большой величиной падения напряжения при прохождении прямого тока. Прямая и обратная ветви ВАХ светодиода приведены на рисунках 2 и 3. Определить значение тока через светодиод, при котором визуально становится заметно его свечения невозможно, т. к. используется программная модель светодиода. На практике для большинства светодиодов свечение заметно начиная с десятых долей мА при номинальном токе единицы-десятки миллиампер.