МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УДМУРТСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

Автономное профессиональное образовательное учреждение Удмуртской Республики «Техникум радиоэлектроники и информационных технологий

имени А.В. Воскресенского»

Лабораторная работа №1

«ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ ДИОДОВ».

Цель работы. Исследовать выпрямительные диоды из кремния и германия.

Оборудование. Среда схемотехнического моделирования Multisim.

Приборы и материалы: Источник изменяющегося постоянного напряжения с максимальным значением Е1= 1В (для схемы рисунок 1) Е1 = 200В (для схемы рисунок 2); резистор; диод; амперметр и вольтметр постоянного токасоединительные провода.

Ход работы

1. Исследование прямой ветви ВАХ диодов.

   1. Собрать схему в программной среде Multisim (рисунок 1).

Рисунок 1- Схема исследования прямой ветви ВАХ выпрямительного диода

2. Установить тип диода согласно варианта (см. табл. 1)

3. Меняя последовательно значения напряжения источника Е1 от 0 до 1 В, с шагом 0,1В снимать показания измерительных приборов. Значения токов и напряжений заносить в таблицу:

2. Исследовать обратную ветвь ВАХ двух диодов из п. 1.

   1. Собрать схему (рис. 31).

2. Меняя последовательно значения напряжения источника Е1 от 0 до значений, когда ток через диод начнет резко возрастать (пробой), снимать показания измерительных приборов. Значения токов и напряжений заносить в таблицу:

3. На основе созданных таблиц построить график ВАХ для двух диодов.

4. На основе полученных данных рассчитать прямое и обратное сопротивление диодов

5. Сделать вывод по работе

Содержание отчета

• Тема, цель работы.

• Схемы электрические принципиальные для исследования прямой и обратной ветвей ВАХ диодов.

• Результаты измерений, сведенные в таблицы.

• ВАХ диодов зависимости I=f(U)

• Расчет сопротивлений

• Выводы по работе.

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте классификацию полупроводниковых диодов.

2. Назовите основные справочные параметры выпрямительных диодов.

3. Объясните параметр импульсного диода – время восстановления обратного сопротивления.

4. Какие полупроводниковые диоды, плоскостные или точечные, могут работать на более высоких частотах и почему?

5. Назовите численные значения прямого падения напряжения для германиевых и кремниевых полупроводниковых диодов.

6. Какова величина допустимого обратного напряжения у кремниевых плоскостных выпрямительных диодов?

7. В каких пределах лежат значения обратных токов германиевых и кремниевых выпрямительных диодов малой и средней мощности?

8. Какие диоды (кремниевые или германиевые) получили наибольшее распространение и почему?

Лабораторная работа №2

«Исследование стабилитрона»

Цель работы: закрепление теоретических знаний студентов по теме “Контактные и поверхностные явления в полупроводниках”, “Полупроводниковые диоды”. Лабораторная работа содержит:

• исследование статических характеристик стабилитрона при прямом включении

• исследование статических характеристик стабилитрона при обратном включении

Оборудование: лабораторный стенд, радиатор с установленными на нем электронными приборами, вольтметр с пределом измерения 15В, комплект соединительных проводов.

Исследуемые схемы:

Рисунок 1. Схема прямого включения стабилитрона.

Рисунок 2. Схема обратного включения стабилитрона.

Таблица 1

Таблица 2

Рисунок 3. ВАХ стабилитрона.

Задание: используя экспериментальную статическую характеристику выполнить следующие операции:

1. Обозначить на характеристике прямого включения область насыщения, присвоив этой области буквенное обозначение.

2. Вычислить значения статического сопротивления стабилитрона в режиме прямого включения при токе I_пр=100мА.

3. Вычислить значение дифференциального сопротивления стабилитрона в режиме прямого включения при токе I_пр=70мА.

4. Вычислить значения мощности, рассеиваемой стабилитроном в режиме прямого включения при токе 100мА.

5. Обозначить на характеристике обратного включения область лавинного пробоя, присвоив этой области буквенное обозначение. В тексте отчета расшифровать это обозначение.

6. Вычислить значение статических сопротивлений стабилитрона при токе стабилизации I_ст=20мА и при I_ст=50мА. Сравнить эти сопротивления.

7. Вычислить значение динамического сопротивления стабилитрона для области изменений тока стабилизации в интервале от 20 до 50 мА.

8. Сравнить значение динамического сопротивления со средним значением статического сопротивления в том же интервале (20 - 50мА).

9. Вычислить значение динамического сопротивления стабилитрона для области изменений тока стабилизации в интервале от 10 до 20 мА.

10. Сравнить результаты пунктов 7 и 9.

11. Вычислить значения мощности, рассеиваемой стабилитроном в режиме стабилизации при токе I_ст=20мА и при I_ст=50мА.

12. Вычислить на участке лавинного пробоя область с наилучшей стабилизацией напряжения, присвоив этому участку свои буквенные обозначения. Аргументировано обосновать этот выбор.

13. Какие участки характеристики стабилитрона могут быть использованы для целей стабилизации напряжения? Каковы средние значения этих напряжений?

14. Какими параметрами оценивается качество стабилизации напряжения при использовании для стабилизации кремниевого стабилитрона?

15. Почему во всех схемах, содержащих стабилитрон необходимо последовательно включать резистор?

Расчеты и выводы: _____________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

Вопросы к защите лабораторной работы:

1.Механизм возникновения электрического пробоя

2. Механизм возникновения теплового пробоя

3.Принцип работы стабилитрона (схема включения и ВАХ)

4.Маркировка стабилитрона

Лабораторная работа № 3 «Исследование ВАХ биполярного транзистора»

Цель работы: Изучение вольтамперных характеристик биполярного транзистора и возможность его применения для усиления сигнала. Освоение навыков работы с интерактивной программой Multisim.

Приборы и материалы: Версия программы Multisim 12.0. В поле библиотек элементов и приборов выбрать: источник изменяемого постоянного напряжения; источник изменяемого постоянного тока; заземление; биполярный транзистор прямой проводимости согласно варианту; амперметры; вольтметры.

Ход работы:

1. Собрать в окне программы Multisim схему, изображенную на рисунке.

2. Из библиотеки элементов выбрать транзистор p-n-p типа согласно варианту (см таблицу).

3. Установить режим работы вольтметров и амперметров по постоянному току (DC).

4. Снять показания для построения семейства входных характеристик транзистора. Для этого установить напряжение источника Uкэ = 0В (контроль по pV2 ). Далее изменяя ток источника на базе транзистора от 0 до 2 мА через 0,2 мА (контроль по pА1), измерить напряжение U_бэ по показанию вольтметра pV1. Повторить измерения при напряжении Uкэ= 10В. Результаты занести в таблицу.

5. Установить первоначальное значение тока источника тока I_б=0 мА (контроль по pА1),.

6. Изменяя величину ЭДС источника от 0 до 20 В с шагом 2 В, зафиксировать значения показаний измерительного прибора pА2 (I_к). Далее изменяя ток базы от 0,4 до 2 мА через 0,4 мА, повторить измерения тока коллектора pА2 (I_к). Результаты занести в таблицу.

7. По полученным данным построить семейства входных и выходных характеристик транзистора. Определить статические h-параметры для транзистора

8. Сделать вывод по работе.

Содержание отчета:

В отчете записать: тему, цель, приборы и материалы. Скриншот схемы, таблицы с измерениями, построенные ВАХ и расчет h-параметров. Записать вывод по работе.

Лабораторная работа №4

«Исследование биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ, ОК и ОБ»

Цель работы: изучение основных схем включения биполярного транзистора, их параметров (коэффициентов усиления по току для данных схем включения) в среде Multisim.

Содержание работы.

1. Собрать схемы включения транзисторов с ОЭ, ОБ и ОК в редакторе схем.

2. Установить режим покоя и измерить входные, выходные токи и напряжения в каждой схеме.

3. Определить коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности каждой схемы и сравнить с расчётными теоретическими значениями.

Порядок выполнения работы.

4. Собрать схемы включения транзистора с ОЭ, ОБ и ОК (рис. 3.1 – 3.3).

Е₁, Е₂ – источники постоянного напряжения DC_POWER;

VT – виртуальный транзистор BJT N-P-N VIRTUAL;

Заземление – элемент (GROUND).

Рисунок 1 - Схема включения транзистора с общим эмиттером

Рисунок 2 - Схема включения транзистора с общей базой

Рисунок 3 - Схема включения транзистора с общим коллектором

5. Ознакомиться с параметрами модели виртуального транзистора и задать требуемые значения. Для этого открыть окно свойств компонента (нажать правую кнопку мыши на изображении компонента, выбрать «Properties») и выбрать «Edit Model». Теперь можно изменять параметры модели транзистора двойным щелчком левой кнопки мыши на значении интересующего параметра, подтверждая новое значение нажатием «Enter». После редактирования параметров необходимо сохранить изменения модели выбором «Change Part Model», «OK» (см. рис. 3.4).

Рисунок 3.4

Задать параметры транзистора в соответствии с номером рабочего места Х:

IS = (0,0001*Х) (nА) – ток насыщения;

BF = (10*X+40) – коэффициент передачи тока базы β.

6. Определить сопротивление нагрузки R_Н по заданному току КЗ:

I_кз=(10+5·Х)мА [I_К=Е_К/ R_Н ]. Е_к принять 10 В.

7. Подобрать значение сопротивления потенциометра таким образом, чтобы установить режим покоя транзистора: рабочая точка находится примерно посредине линейного участка ВАХ: U_н≈Е_к/2.

Напряжения и токи измеряем в режиме симуляции, сопротивление потенциометра R_б, R_э изменяем вручную (A, Shift A, increment 1%).

8. Подключить мультиметры (в режиме AC) для определения входных и выходных токов и напряжений схемы и произвести измерения в схемах:

ОЭ - I_б, I_к, U_бэ, U_кэ; ОБ - I_э, I_к, U_эб, U_кб; ОК - I_б, I_э, U_бэ, U_кэ.

Сохранить схему и показания приборов.

9. Рассчитать коэффициенты усиления схем и сравнить с теоретическими:

 ;   ; 

Содержание отчета.

1. Схемы исследований.

2. Результаты измерений.

3. Расчеты параметров схем.

4. Анализ полученных результатов и выводы по работе.

Лабораторная работа №5

«Исследование полевого транзистора, включенного по схеме с ОИ, ОС и ОЗ»

Цель работы

1 Изучить принципы функционирования полевых транзисторов с управляющим pn-переходом.

2 Ознакомиться с работой пакетa MicroCap.

3.1 Теоретические сведения

В полевом транзисторе с управляющим рn-переходом затвор отделяется в электрическом отношении от канала рn-переходом, смещенным в обратном направлении.

Оставшаяся область в полупроводнике, где протекает ток основных носителей заряда, носит название канала. Ток может регулироваться изменением его поперечного сечения.

Устройство полевого транзистора представлено на рис. 3.1.

Рис.3.1 Полевой транзистор с каналом n-типа

Управляющее (входное) напряжение подается между затвором и истоком. Напряжение U_зи является обратным для обоих р-n- переходов. Если между истоком и стоком включить источник напряжения U_си, то с помощью напряжения, подаваемого на затвор, можно регулировать его толщину, и, следовательно, ток I_c.

Электрод (вывод), через который в канал входят основные носители заряда, называют истоком (source). Электрод, через который из канала уходят основные носители заряда, называют стоком (drain). Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала за счет управляющего напряжения, называют затвором (gate). Условные обозначения полевых транзисторов с каналом n- и р- типов приведены на рис. 3.2.

Рис.3.2 Условное обозначение полевого транзистора с рn-переходом и каналом n- типа (а) и каналом р- типа (б)

Полевой транзистор в качестве элемента схемы представляет собой активный несимметричный четырехполюсник, у которого один из зажимов является общим для цепей входа и выхода. В зависимости от того, какой из электродов полевого транзистора подключен к общему выводу, различают схемы: с общим истоком (ОИ); с общим стоком (ОС); с общим затвором (ОЗ). Схемы включения полевого транзистора показаны на рис. 3.3. Схема с общим истоком позволяет усиливать мощность сигнала.

а) б) в)

Рис. 3.3 Схемы включения полевого транзистора: с общим истоком (а), общим стоком (б), общим затвором (в)

Для полевых транзисторов представляют интерес два вида вольт - амперных характеристик: стоковые (выходные) и стоко – затворные (сквозные).

Стоковые (выходные) характеристики полевого транзистора отражают зависимость тока стока от напряжения U_си при фиксированном напряжении U_зи (рис. 3.4, а). Стоко - затворная характеристика полевого транзистора показывает зависимость тока I_с от напряжения U_зи при фиксированном напряжении U_си (рис. 3.4, б).

 а) б)

Рис. 3.4 Стоковые (а) и стоко - затворная (б) вольт-амперные характеристики полевого транзистора

Основными параметрами полевого транзистора являются:

1) внутреннее (выходное) сопротивление r_i − представляет собой сопротивление транзистора между стоком и истоком (сопротивление канала) для переменного тока:

 ;

2) крутизна стоко-затворной характеристики:

 ;

3) коэффициент усиления по напряжению:

 .

3.2 Проведение компьютерного эксперимента

3.2.1 Запустить программу MicroCap.

3.2.2 Составить схему для снятия статических характеристик, согласно показанной на рис. 3.5. В зависимости от номера бригады по указанию преподавателя использовать следующие транзисторы:

Рис. 3.5 Схема для снятия статических характеристик транзистора

3.2.3 Запустить анализ по постоянному току (DC Analysis), построить сток - затворную характеристику транзистора, включенного по схеме ОИ.

Выбрать пункт меню «Анализ→Анализ по постоянному току». Установить в качестве первой переменной источник напряжения затвор-исток (на рис. 3.5 Vgs), закон изменения переменной – линейный (Linear). Установить в качестве второй переменной источник напряжения сток-исток (на рис. 3.5 Vds), закон изменения переменной – линейный (Linear), как показано на рис. 3.6. Установить автомасштабирование.

Задать в качестве выражения по оси Х – напряжение затвор-исток транзистора J1: Vgs(J1), а в качестве выражения по оси Y – ток стока Id(J1).

Рис. 3.6 Окно установок анализа по постоянному току для снятия сток - затворной статической характеристики

3.2.4 Запустить анализ по постоянному току (DC Analysis), построить стоковую характеристику транзистора, включенного по схеме ОИ.

Рис. 3.7 Окно установок анализа по постоянному току для снятия стоковой статической характеристики

Выбрать пункт меню «Анализ→Анализ по постоянному току». Установить в качестве первой переменной источник напряжения сток-исток (на рис. 3.5 Vds), закон изменения переменной – линейный (Linear). Установить в качестве второй переменной источник напряжения затвор-исток (на рис. 3.5 Vgs), закон изменения переменной – линейный (Linear), как показано на рис. 3.7. Установить автомасштабирование графиков.

Задать в качестве выражения по оси Х – напряжение сток-исток транзистора J1: Vds(J1), а в качестве выражения по оси Y – ток стока Id(J1).

3.2.5 Выбрать часть линейных участков статических характеристик полевого транзистора, определить выходное сопротивление, крутизну характеристики и коэффициент усиления по напряжению.

3.3 Содержание отчета

- название и цель лабораторной работы;

- схема для снятия статических характеристик транзистора;

- стоко-истоковая и стоковая характеристики полевого транзистора, включенного по схеме с ОИ;

- рассчитанные значения выходного сопротивления, крутизны характеристики и коэффициента усиления по напряжению;

- краткие выводы по результатам работы.

3.4 Контрольные вопросы

1 Опишите устройство полевого транзистора с управляющим pn-переходом.

2 Чем отличаются транзисторы с подложкой p- и n-типа?

3 Чем определяется толщина канала в полевом транзисторе с управляющим pn-переходом?

4 Как зависит вид стоковой характеристики от напряжения на затворе?

5 В чем заключается отличие полевых и биполярных транзисторов?

Лабораторная работа №6

«Исследование тиристора»

Цель работы: исследование статических характеристик тиристора.

Оборудование: блок питания 0-30В, вольтметр В7-22а – 2шт., лабораторный стенд (блок 6), комплект соединительных проводов.

Исследуемая схема:

Рисунок 1. Схема прямого включения тиристора.

Рисунок 2. Схема обратного включения тиристора.

Таблица 1

Таблица 2

Рисунок 3. ВАХ тиристора

Задание: по построенным статическим характеристикам:

1. Определить статическое сопротивление R тиристора при прямом напряжении U=10В и токах управления I₁ и I₂.

2. Определить динамическое сопротивление R тиристора при прямом напряжении U=10В и токах управления I₁ и I₂.

3. Определить мощность, рассеиваемую тиристором при U=10В.

4. Определить статическое сопротивление R тиристора при U_вкл и токах управления I₁ и I₂.

5. Определить мощность, рассеиваемую тиристором при U_вкл.

6. Определить статическое сопротивление R при обратном включении при U=10В.

7. Рассчитать мощность, рассеиваемую тиристором при обратном напряжении U=10В.

8. Сравнить величины статических сопротивлений тиристора при прямом и обратном включении.

Примеры выполнения расчетов для 6 лабораторной работы

1.Определить статическое сопротивление R тиристора при прямом напряжении U=10В и токах управления I₁ и I₂.

Rст1=Uпр/Iпр1=10/2,5mA=4кOм

Rст2=Uпр/Iпр2=10/1,4mA=7,14кOм

2.Определить динамическое сопротивление R тиристора при прямом напряжении U=10В и токах управления I₁ и I₂.

Для Iупр1: Rд1=(Uпр2-Uпр1)/(Iпр4-Iпр3)=(12-8)В/(4-2,5)мА=2,67кОм

Rд2 считается аналогично, но точки берутся на пересечении с характе-ристикой при Iупр2.

3.Определить мощность, рассеиваемую тиристором при U=10В.

P1=Uпр*Iпр1=10В*2,5мА=25мВт

P2=Uпр*Iпр2=10В*1,4мА=14мВт

Остальные задания выполняются, используя вышеприведенные формулы и методики.

Расчеты и выводы: _______________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вопросы к защите лабораторной работы:

1. Устройство и принцип работы динистора

2. Устройство и принцип работы тиристора

3. Устройство и принцип работы симистора

Лабораторная работа №7

«Исследование светодиодных приборов»

Цель работы: закрепления теоретических знаний студентов по теме “Оптроны”, получения навыков исследовательской работы

- снятие входной характеристики оптрона

- снятие выходной характеристики оптрона

- снятие передаточной характеристики оптрона

Оборудование: блоки питания 0-15 и 0-30В, вольтметр В7-22а – 2шт., лабораторный стенд (блок 8), комплект соединительных проводов.

Рис.1 Схема для снятия входной характеристики оптрона

Рис.2 Схема для снятия выходной характеристики оптрона

Схема для снятия передаточной характеристики оптрона

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Рис. 4 Входная характеристика оптрона.

Рис.5 Выходная характеристика оптрона.

Рис.6 Передаточная характеристика оптрона.

Рис7. Передаточная характеристика оптрона в фотогенераторном режиме.

Задание:

1. По данным таблицы 1 построить входную характеристику.

2. По данным таблицы 2 построить семейство выходных характеристик.

3. По данным таблице 3 построить передаточную характеристику в фотодиодном режиме.

4. По данным таблице 4 построить передаточную характеристику в фотогенераторном режиме.

5. По входной характеристике, построенной на координатной плоскости К1, определить входное напряжение Uвх при входном токе Iвх = 10мА.

6. По входной характеристике, построенной на координатной плоскости К2, определить выходной обратный темновой ток.

7. П о передаточной характеристике, построенной на координатной плоскости К3, определить коэффициент передачи по току при входном токе 10 мА.

8. По передаточной характеристике, построенной на координатной плоскости К4, определить фото-ЭДС фотодиода при входном токе Iвх = 10 мА.

Расчеты и выводы: _______________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вопросы к защите лабораторной работы:

1.Виды оптронов и область применения

2.Основные достоинства оптронов

Лабораторная работа №8

“Исследование фотодиодных приборов»

1.Цель работы закрепления теоретических знаний студентов по теме “Оптоэлектронные приборы”

- исследование вольтамперной характеристики фоторезистора

- исследование световой характеристики фоторезистора

Оборудование: блоки питания 0-15 и 0-30В, вольтметр В7-22а – 2шт., лабораторный стенд (блок 7), комплект соединительных проводов.

Исследуемая схема:

Рис1. Схема включения фоторезистора

Флк		0	10	20	40	60	80	100	120
IмкА	Vр 20В
	Vр 10В

Таблица 1

Таблица 2

Рис2. ВАХ фоторезистора.

Рис3. Световая характеристика фоторезистора

Задание: 1. По данным таблицы 1 построить семейство вольтамперных харак-

теристик.

2. По данным таблицы 2 построить семейство световых характеристик.

3. По ВАХ определить темновое сопротивление фоторезистора при

U=15В.

4. По ВАХ определить световое сопротивление при Uр=15В и световых

потоках Ф2 и Ф3.

5. Сделать вывод о влиянии светового потока на световое сопротивление

по п.4.

6. По ВАХ определить световое сопротивление при светового потока Ф3

и рабочих напряжениях 10 и 20 вольт.

7. Сделать вывод о влиянии напряжения на световое сопротивление по

п.6.

Примеры выполнения расчетов для 7 лабораторной работы

1. По ВАХ определить темновое сопротивление фоторезистора при

U=10В.

Определяем темновое сопротивление при световом потоке Ф1(0), беря значение тока из таблицы 1 или по графику

-6

Rтем = U1/I 1= 10/0,3*10=33МОм

2. По ВАХ определить световое сопротивление при Uр=15В и световых

потоках Ф2 и Ф3.

Rсв.1=U2/I2=15/202*10 =74,3кОм

-6

Rсв.2=U3/I3=15/415*10 =36,1кОм

3. По ВАХ определить световое сопротивление при световом потоке Ф3 и рабочих V 10 и 20В.

-6

Rсв.3=U4/I4=10/240*10 =41,7кОм

-6

Rсв.4=U5/I5=15/415*10 =36,1кОм

Расчеты и выводы:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вопросы к защите лабораторной работы:

1.Воздействие света на полупроводник

2.Принцип работы и область применения фоторезисторов

3.Основные характеристики фоторезисторов

Лабораторная работа №9

«Исследование ЖК-индикатора»

Цель: закрепления теоретических знаний студентов по теме”Индикаторы”

-исследовать работу индикаторов АЛС 324Б и ИЖЦ 14-4/7

Оборудование: Лабораторный стенд № 17,вольтметр В7-22А- 1шт, блок питания 0 – 15В,генератор GFG8216A , комплект соединительных проводов.

Исследуемая схема:

Таблица 1

Таблица 2

АЛС324Б

Таблица 3

Задание:

1. заполнить таблицы 1,2,3.

2. определить мощность потребляемую п/п индикатором при цифре 8.

3. определить мощность потребления одного светодиода.

4. рассчитать прямое R светодиода.

5. определить мощность потребляемую ж/к индикатором по данным тока потребления.

6. сделать вывод об экономичности разных типов индикаторов.

Расчеты и выводы: _______________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вопросы к защите лабораторной работы:

1.Устройство и принцип работы п/п индикатора

2. Устройство и принцип работы жидкокристаллического индикатора

3. Устройство и принцип работы плазменной панели

Лабораторная работа №10

«Исследование однокаскадного усилителя по схеме с общим эмиттером»

Вариант №

Цель работы: исследовать работу схемы усилителя с ОЭ, снять ее основные электрические характеристики.

Перед началом работы сохраните данный файл на сетевом диске quartz, в названии файла укажите название работы, номер варианта и фамилии студентов, выполняющих работу. Пример: «ЛР3, 07, Иванов и Сергеев».

Задание 1. Исследование схемы усилителя с ОЭ

1. Соберите схему усилителя с ОЭ, представленную на рисунке 1. Ее параметры выставьте согласно таблице 1.

Рисунок 1 – Схема усилителя с ОЭ

Таблица 1

2. Для собранной схемы определите и подтвердите скриншотами (расчетами):

1. _{ }

2. _{ }

3. _{ }

4. _{ }

5. _{ }

6. _{ }

Контрольные вопросы по работе:

1. Как изменяется fср.н при увеличении емкости конденсатора C1?

2. Как изменяется fср.в при уменьшении емкости конденсатора C1?

Содержание отчета: наименование работы, цель работы, скриншоты для задания 1, ответы на контрольные вопросы, вывод по работе.

Лабораторная работа №11

«Исследование усилительного каскада по схеме с общим истоком»

а) собрать схему для исследования усилительного каскада (рис. 10).

Для этого необходимо разомкнуть гнезда Х1 - ХЗ. К гнезду Х13 подключить напряжение с выхода функционального генератора, соединив землю генератора (±) с гнездом А16. Соединить перемычкой гнезда Х9 – 10. Переключить тумблер SA2 в нижнее положение, тем самым, подключив к схеме источник постоянного напряжения U₂., разомкнуть тумблеры S1 и S2. Подключить канал СН1 осциллографа ко входу усилителя (гнездо Х9), а канал СН2 к выходу усилителя (гнезда Х3 – Х15). Переключить осциллограф в режим временной развертки. Включить функциональный генератор и установить синусоидальный сигнал с частотой  в соответствии с таблицей вариантов; уменьшить сигнал Uвх до нуля регулятором амплитуды. Переключить вход СН1 осциллографа в положение вход закорочен «GND». Включить питание стенда. При напряжении U₃=0 установить с помощью потенциометра RP2 (см. рис. 1) заданное значение «=U₂» и далее не изменять его при всех экспериментах (не трогать ручку потенциометра RP2),

Р ис. 10. Схема для исследования усилительного каскада на ПТ.

б) по снятой ранее стокозатворной характеристике при наличии нагрузки определить рабочую точку покоя для режима усиления класса А (напряжение на затворе U_зр , ток стока I_ср и по выходным характеристикам определить U_ср );

в) определить экспериментально максимальную амплитуду неискаженного выходного синусоидального напряжения U_вых m и уточнить положение рабочей точки покоя. Для этого установите постоянное напряжение на затворе U_зр , тока I_ср и напряжения U_ср . Плавно увеличивайте переменный входной сигнал ручкой регулятора амплитуды модуля «Функциональный генератор» до появления видимого уплощения вершин синусоиды выходного напряжения. Обратите внимание, одновременно ли начинают уплощаться положительная и отрицательная полуволны. При необходимости уточните положение рабочей точки покоя. По осциллографу определите максимальную амплитуду неискаженного выходного напряжения U_вых m. Зарисуйте на кальке предельное выходное напряжение без искажений и с искажениями. При зарисовке осциллограмм не забудьте нанести положение нулевой линии. Определите масштабы по напряжению и по времени. Дальнейшие измерения выходного сигнала необходимо производить в том же масштабе. Определите значения U_зр , I_ср, U_ср при u_вх = 0 и сравните с определенными в п. 3 д);

г) исследовать экспериментально влияние положения рабочей точки покоя на форму выходного напряжения. Для этого установите вновь рабочую точку покоя для класса A U_зр , I_ср, U_ср и максимальную амплитуду синусоидального неискаженного выходного напряжения U_вых m. Зарисовать кривые, выходного напряжения при изменении постоянной составляющей напряжения на затворе U'₃ =0,5(U₃₍₁₎ + U_зp ) и U′' ₃ =0,8(U₃₍₁₎ + U_зp ), при этом переменный входной сигнал изменять не следует;

д) определить коэффициент усиления каскада по напряжению Кu в классе А. Для этого установить U_з = U_зр , раскоротить вход СН1 осциллографа, переключив его на открытый вход «АС». Изменяя переменный входной сигнал, добиться синусоидального по форме максимального выходного сигнала. Измерить с помощью осциллографа амплитуду выходного U_вых m и входного U_вх m сигналов, учесть масштабы осциллографа по обоим каналам. Определить коэффициент усиления усилителя k_u= U_вых m  U_вх m ;

е) определить амплитуду выходного напряжения (полуволны) в классе В. Для этого с помощью потенциометра RP1 установить U₃ = Uз отс и, регулируя амплитуду входного сигнала, добиться максимальной не уплощенной полуволны синусоидального выходного напряжения, зарисовать и обработать осциллограмму. Если длительность полуволны меньше полупериода, повысьте потенциометром RP1 постоянное напряжение U_з и, изменяя переменный входной сигнал, добейтесь воспроизведения усилителем ровно половины неискаженного синусоидального напряжения с максимальной амплитудой. Уменьшите входной сигнал до нуля и запишите напряжение U_з , которое пришлось установить в рабочей точке покоя, чтобы не было искажений. Эта рабочая точка покоя соответствует классу В;

з) определите ток стока и напряжение стока на постоянном токе в двух точках: отсечки и насыщения. Для этого установите амплитуду входного сигнала равным нулю, переключите вольтметр, подключенный между гнездами Х11 - Х16 к гнезду ХЗ – Х16. При помощи потенциометра RP1 установите напряжение на затворе U_з = 2 В, замерьте ток I_со и напряжение на стоке U_co оответствующие точке отсечки транзистора. Для измерения тока стока и напряжения на стоке, ответствующие точки насыщения, установите потенциометр RP1 в крайне правое положение, по приборам определите ток Icн и напряжение U_CH. Выключить питание модуля.

Содержание отчета

Отчет должен содержать следующие пункты:

а) наименование и цель работы;

б) принципиальные электрические схемы для выполненных экспериментов;

в) результаты экспериментальных исследований: таблицы, экспериментально снятые и построенные характеристики, обработанные осциллограммы;

г) при оформлении отчета определить и рассчитать:

- крутизну стокозатворной характеристик при отсутствии нагрузки S =  I_C /U₃ и при наличии нагрузки S′ =  I^′ _с / U₃. Расчет проводить на линейном участке стокозатворной характеристики (см. рис. 2);

- дифференциальное сопротивление транзистора r_d =  U_c / I_с при U₃ = const с использованием выходных статических ВАХ транзистора.

д) Рассчитать потери в транзисторе в рабочей точке покоя в классе А (P_ср = U_ср * I_ср). ^в режиме насыщения (P_сн = U_сн * I_сн) и отсечки (P_со = U_со * I_со) для класса D, а также средние потери в ключевом режиме при относительной длительности импульса 0,5 (Р_{с ср} =(Р_сн + Р_со /2), воспользовавшись экспериментальными данными;

е) выводы:

• сделать вывод о результатах сравнения расчетных и экспериментальных значений неискаженного напряжения;

• сделать выводы о причинах расхождения экспериментальных и расчетных характеристик в пп. 1 в, г; 2 б, в, д; 3 б, в;

• охарактеризовать влияние выбора рабочей точки покоя на форму выходного напряжения (п. 3 г);

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12

ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ

1. Цель работы: знакомство со схемой и работой усилителя мощности, определение его характеристик и основных параметров (амплитудно-частотная характеристика, коэффициент усиления, выходная мощность).

2. Краткие сведения из теории

Усилитель мощности (УМ) является выходным каскадом УЗЧ и, как пра- вило, работает на низкоомную нагрузку (например, громкоговоритель). Назна- чением УМ является передача в нагрузку заданной мощности сигнала при до- пустимом уровне нелинейных и частотных искажений и возможно меньшим потреблением мощности от источника сигнала.

Таким образом, к основным показателям качества УМ следует отнести коэффициент усиления по мощности

Рис. 4.1. Двухтактный усилитель мощности

На рис. 4.2 изображена принципиальная схема бестрансформаторного усилителя мощности, а на рис. 4.3 – функциональная схема установки для ис- следования усилителя мощности.

На транзисторе VT1 собран резистивный усилитель напряжения звуковой частоты по схеме с общим эмиттером, R4 – нагрузка каскада. На транзисторах VT2 и VT3 собран усилитель мощности по двухтактной схеме. Диод VD1 пред- назначен для задания рабочего режима и обеспечения температурной стабили- зации рабочей точки.

Рис. 4.2. Принципиальная схема бестрансформаторного усилителя мощности

УМ

3. Порядок выполнения работы:

• Соберите схему согласно рис. 4.2 и 4.3.

• Включите тумблер "Сеть" базового блока.

• Выставьте частоту ГС 1000 Гц.

• Установите на блоке ГС амплитуду U_вх0,05 В.

• Зарисуйте осциллограмму выходного напряжения.

• Исследуйте работу верхнего плеча двухтактного каскада. С этой це- лью вместо транзистора VT3 включите резистор R =15 кОм, зарисуйте форму выходного сигнала.

• Исследуйте работу нижнего плеча двухтактного каскада. С этой целью вместо транзистора VT2 включите резистор R=15 кОм, зарисуйте форму выход- ного сигнала.

• Исследуйте влияние диода VD1 на работу выходного каскада. С этой целью включите вместо диода VD1 перемычку.

• Зарисуйте форму выходного сигнала. Замените перемычку на диод.

• Определите коэффициенты усиления по напряжению первого каскада (на VT1) и выходного каскада (на VT2 и VT3), измерив соответствующие на- пряжения осциллографом.

• Определите общий коэффициент усиления усилителя.

• Определите мощность сигнала на выходе по формуле

Таблица 4.1

4. Выполнение лабораторной работы с использованием программы моделирования электронных схем “Electronics Workbench”.

   1. Соберите схему для изучения двухтактного усилителя мощности, изображенную на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Принципиальная схема для изучения двухтактного усилителя мощности

Установите частоту генератора входного напряжения 1000 Гц, амплитуду колебаний 0,05 В. Переключатель (1) должен быть в разомкнутом состоянии, а переключатели (2) и (3) должны соединять эмиттеры транзисторов с левым по схеме выводом конденсатора С2. Активизируйте схему и зарисуйте осцилло- граммы входного и выходного напряжения.

2. Исследуйте работу верхнего плеча двухтактного каскада. С этой целью переключите переключатель (3). Теперь вместо транзистора VT3 оказы- вается включен резистор R =1 кОм. Зарисуйте форму выходного сигнала. Вос- становите исходное положение переключателя (3).

3. Исследуйте работу нижнего плеча двухтактного каскада. С этой целью переключите переключатель (2). Теперь вместо транзистора VT2 оказы- вается включен резистор R=1 кОм. Зарисуйте форму выходного сигнала. Вос- становите исходное положение переключателя (2).

4. Исследуйте влияние диодов на режим работы выходного каскада. С этой целью замкните переключатель (1). Теперь диоды оказываются закоро- чены. Зарисуйте форму выходного сигнала. Восстановите исходное положение переключателя (1).

5. Определите коэффициенты усиления по напряжению первого каскада (на VT1) и выходного каскада (на VT2 и VT3), измерив соответствую- щие напряжения осциллографом (подключая его к нужным точкам схемы). Оп- ределите общий коэффициент усиления усилителя.

6. Определите коэффициент полезного действия КПД усилителя, для этого сначала рассчитайте мощность сигнала на выходе по формуле

^Pвых

1. U ²

_{ } вых

2. R_н

, R_н  100 Ом ,

затем определите мощность, потребляемую от источника питания.

P₀  I ₀E_с ,

где

E_с =12 В, а

I₀ определяется по показаниям амперметра, включенного в цепь

питания усилителя.

Вычислите коэффициент полезного действия выходного каскада по фор-

муле

_{ } ^Pвых

P₀

7. Снимите АЧХ усилителя и результаты занесите в таблицу 4.1 (см. выше). Определите полосу усиливаемых частот.

5. Содержание отчета

Отчет о проделанной работе должен содержать схемы рис. 4.1 и 4.2, рас- чет коэффициентов усиления, АЧХ и выводы.

6. Контрольные вопросы

• Каково назначение и качественные показатели усилителя мощности?

• Какие усилительные элементы и режимы работы используются в УМ?

• Какие разновидности каскадов УМ Вы знаете?

• Изобразите схему однотактного и двухтактного трансформаторных каскадов УМ.

• Что такое режим усиления В?

ным?

• Как можно определить КПД УМ?

• Чему равен максимальный КПД в режиме А?

• В чем состоят преимущества двухтактного каскада перед однотакт-

• Изобразите схему бестрансформаторного УМ с дополнительной симетрией.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНВЕРТИРУЮЕЩГО И НЕИНВЕРТИРУЮЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ НА ОУ

1. Цель работы: изучение параметров и характеристик различных схем на операционных усилителях (ОУ).

2. Краткие сведения из теории

Операционными усилителями (ОУ) называют усилители постоянного то- ка (УПТ) с большим коэффициентом усиления и дифференциальным входом, предназначенные для выполнения различных операций над аналоговыми и дис- кретными сигналами.

Условные графические обозначения ОУ приведены на рис. 5.1

Рис. 5.1. Условные графические изображения ОУ

Усилитель имеет один выходной вывод (справа) и два входных (слева). Вход, при подаче на который входного напряжения, выходное напряже-

ние оказывается сдвинутым по фазе на 180⁰, называется инвертирующим и обо- значается знаком инверсии "о" или "–". Вход, при подаче на который входного напряжения, выходное напряжение совпадает по фазе с входным, называется неинвертирующим и обозначается знаком "+". Для облегчения понимания на- значения выводов допускается введение дополнительных полей с обеих сторон от основного поля, в которых указываются метки, характеризующие функции вывода (рис. 5.1), например: R – выводы балансировки; F_c – выводы частотной коррекции; +U, –U – выводы напряжения питания и т.д.

С точки зрения использования ОУ в различных схемах важное значение имеет амплитудная (передаточная) характеристика, которая представляет собой зависимость U_вых от U_вх при нулевой частоте входного сигнала (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Передаточные характеристики ОУ

Характеристики получены при подаче входного напряжения на один из входов при напряжении на другом входе, равном нулю: кривая 1 соответствует подаче входного напряжения на инвертирующий вход, кривая 2 – на неинвер- тирующий вход.

На передаточной характеристике ОУ можно выделить два участка:

• Наклонный участок a-b (a'-b'), на котором сохраняется линейная зави- симость U_вых = f (U_вх). Этот режим используется при создании широкого класса схем для преобразования аналоговой информации (схем, выполняющих мате- матические операции, усилителей различных типов и т.д.).

• Горизонтальный участок, расположенный за пределами точек a, b (a',

• Частота среза f_ср, на которой происходит снижение модуля коэффици-

ента усиления ОУ в раз (3 дб);

• Частота единичного усиления f_т, при которой модуль коэффициента усиления ОУ уменьшается до единицы.

Усиление импульсных сигналов оценивается (см. рис. 5.4):