лабораторные работы на NI ELVIS

присоедините резистор, затем термистор и проведите измерения их сопротивлений при комнатной температуре.

Затем нагрейте термистор, взяв его пальцами, и наблюдайте за изменением его сопротивления. Тот факт, что сопротивление уменьшается с увеличением температуры (отрицательный температурный коэффициент) является характерной особенностью термистора. Термисторы производятся из полупроводникового материала, чье удельное сопротивление экспоненциальным образом зависит от окружающей температуры, что в итоге и приводит к нелинейной зависимости сопротивления термистора.

Произведите измерения сопротивления при нагреве в течении 30 сек, 1 мин, 2 мин. Данные для резистора и термистора занесите в таблицу и представьте в графическом виде.

Задание 2.2

Исследование влияния температуры на напряжение в схеме с термистором.

Теоретическая часть: Работа с перестраиваемым источником питания

Из меню выбора функций NI ELVIS выберите режим Variable Power Supplies (перестраиваемые источники питания). В рабочей станции NI ELVIS есть два управляемых источника питания с диапазонами от 0 до – 12 и от 0 до +12 вольт, каждый из которых обеспечивает рабочий ток до

500 мА.

На лицевой панели рабочей станции переведите переключатель VPS+ в положение Manual (Ручное управление).

Обратите внимание, что соответствующие элементы управления в окне Variable Power Supplies станут неактивны, и, следовательно, ими нельзя управлять с помощью мыши. Зеленый светодиод также свидетельствует о том, что ПИП переведен в режим ручного управления. В этом случае выходное напряжение можно изменять только ручками управления на лицевой панели станции.

Соедините проводами гнезда [VPS+] и [Ground] с входами для измерения напряжения цифрового мультиметра voltage DMM.

Выберите функцию DMM[V].

Поверните ручку управления VPS на лицевой панели станции и наблюдайте за изменением напряжения в окне DMM[V].

Примечание. Нулевое выходное напряжение для VPS+ достигается вращением ручки против часовой стрелки, а для VPS– - по часовой.

Переведите переключатель для VPS+ вниз (не ручное управление). Теперь можно использовать виртуальные элементы управления в окне Variable Power Supplies. Удерживая нажатой кнопку мыши, поверните виртуальную ручку для изменения выходного напряжения. Обратите внимание на кнопку [RESET], с помощью которой можно быстро сбросить напряжение до нуля. Источник отрицательного напряжения работает точно таким же образом (только напряжение его, естественно, отрицательно).

На макетной плате соберите схему делителя, используя резистор 10 кОм и термистор. Входное напряжение подайте с разъемов [VPS+] и [Ground]. С помощью подводящих проводов станции и функции DMM[V] измерьте напряжение на термисторе.

Убедитесь, что ручка подаваемого напряжения питания VPS+ повернута в крайнее левое положение, а переключатель находится в состоянии ручного режима управления Manual. Подайте питание на макетную плату и наблюдайте за напряжением на индикаторе DMM[V].

Увеличивая напряжение от 0 до +5 вольт, зафиксируйте изменение напряжения на термисторе. Данные через 1 В занесите в таблицу:

Преобразуем стандартное уравнение напряжения делителя для вычисления сопротивления термистора:

RT = R1 * VT/(Vпит –VT).

При температуре окружающей среды, равной 25 °C, сопротивление должно быть примерно 10 кОм.

Данное уравнение, называемое масштабирующей функцией, позволяет преобразовать измеренное напряжение в сопротивление термистора. Произведите расчет и занесите данные в соответствующую графу таблицы.

Повторите измерения напряжения на термисторе с зависимости от Vпит при нагреве, дотронувшись до него кончиком пальца (1 мин), и наблюдайте за изменением напряжения. Данные занесите в таблицу.

Постройте графики полученных зависимостей.

Повторите опыт для делителя на двух резисторах, например, для случая: R1= 2,2кОм, R2=10кОм.

Заполните таблицу и постройте графики. Сделайте вывод о наблюдаемых зависимостях.

Лабораторная работа №3

Цель работы: изучение принципов работы усилителя на биполярном транзисторе.

Теоретическая часть

Принцип работы транзисторного усилителя основан на том, что с помощью небольших изменений напряжения или тока во входной цепи транзистора можно получить значительно большие изменения напряжения или тока в его выходной цепи. Изменение напряжения эмиттерного перехода вызывает изменение токов транзистора. Это свойство транзистора используется для усиления электрических сигналов. Для преобразования изменений коллекторного тока, возникающих под действием входных сигналов, в изменяющееся напряжение в коллекторную цепь транзистора включают нагрузку. Нагрузкой чаще всего служит резистор или колебательный контур. Кроме того, при усилении переменных электрических сигналов между базой и эмиттером транзистора нужно включить источник постоянного напряжения, называемый обычно источником смещения, с помощью которого устанавливается режим работы транзистора. Этот режим характеризуется протеканием через его электроды при отсутствии входного электрического сигнала некоторых постоянных токов эмиттера, коллектора и базы. С применением дополнительного источника увеличиваются размеры всего устройства, его масса, усложняется конструкция, да и стоят два источника дороже, чем один. В то же время можно обойтись одним источником, употребляемым для питания коллекторной цепи транзистора.

В зависимости от того какой из выводов транзистора является общим между входным источником сигнала и выходной цепью транзистора существуют три основные схемы включения транзистора в электрическую цепь: с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК), с общей базой (ОБ) (рис. 1).

Рис.1 Основными вольтамперными характеристиками транзистора являются входная и выходная характеристики.

Зависимость Uвх =f1(Iвх)|Uвых =const – называют входной статической вольт– амперной характеристикой (ВАХ), а зависимость Iвых=f2(Uвых) |Iвх =const выходной статической ВАХ. ВАХ снимают в режиме по постоянному току и представляют собой зависимости постоянных токов и напряжений. Характеристики транзистора зависят от схемы его включения.

Наиболее часто на практике применяют схему включения транзистора с общим эмиттером ОЭ. При таком включении входным электродом является база,

эмиттер заземляется (общий электрод), а выходным электродом по-прежнему является коллектор (рис.2).

Рис.2.

В транзисторе, включенном по схеме ОЭ, зависимость между током и напряжением во входной цепи транзистора Iб = f1(Uбэ) называют входной или базовой вольт-амперной характеристикой (ВАХ) транзистора. Зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при фиксированных значениях тока базы Iк = f2(Uкэ), Iб – const называют семейством выходных (коллекторных) характеристик транзистора.

Входная и выходная ВАХ биполярного транзистора средней мощности типа n- p-n приведены на рис.3:

Рис.3.

Как видно из рисунка, входная характеристика практически не зависит от напряжения Uкэ. Выходные характеристики приблизительно равноудалены друг от друга и почти прямолинейны в широком диапазоне изменения напряжения Uкэ.

Зависимость Iб = f(Uбэ) представляет собой экспоненциальную зависимость, характерную для тока прямосмещённого p-n перехода. Поскольку ток базы – рекомбинационный, то его Iб величина в β раз меньше, чем инжектированный ток эмиттера Iэ. При росте коллекторного напряжения Uк входная характеристика смещается в область больших напряжений Uб. Это связано с тем, что вследствие модуляции ширины базы (эффект Эрли) уменьшается доля рекомбинационного тока в базе биполярного транзистора. Напряжение Uбэ не

превышает 0,6…0,8 В. Превышение этого значения приведет к резкому увеличению тока, протекающего через открытый эмиттерный переход. Зависимость Iк = f(Uкэ) показывает, что ток коллектора прямопропорционален току базы: Iк = B · Iб

Пример схемы усилителя на биполярном транзисторе с ОЭ:

Существует множество вариантов выполнения схемы усилительного каскада на транзисторе ОЭ. Это обусловлено главным образом особенностями задания режима покоя каскада.

Режим работы транзистора в усилительном каскаде при постоянных токах и напряжениях его электродов называют исходным, или режимом покоя.

Основными элементами схемы являются источник питания Ek, управляемый элемент - транзистор T и резистор Rk. Эти элементы образуют главную цепь усилительного каскада, в которой за счет протекания управляемого по цепи базы коллекторного тока создается усиленное переменное напряжение на выходе схемы. Остальные элементы каскада выполняют вспомогательную роль. Конденсаторы C1, C2 являются разделительными. Конденсатор C1 исключает шунтирование входной цепи каскада цепью источника входного сигнала по постоянному току, что позволяет, во-первых, исключить протекание постоянного тока через источник входного сигнала по цепи Ek → R1 → Rг и, вовторых, обеспечить независимость от внутреннего сопротивления этого источника Rг напряжения на базе Uбп в режиме покоя. Функция конденсатора C2 сводится к пропусканию в цепь нагрузки переменной составляющей напряжения и задержанию постоянной составляющей.

Конденсатор (от лат. condense — «уплотнять», «сгущать») — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

Свойства конденсатора:

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора, замыкаясь так называемым током смещения.

Плоский

конденсатор

Цилиндрически й конденсатор

Сферический

конденсатор

Сфера

Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью А каждая, расположенных на расстоянии

электрическая постоянная, численно равная (эта формула справедлива, лишь когда много меньше линейных размеров пластин).

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна

Эта ёмкость всегда меньше минимальной ёмкости конденсатора, входящего в батарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможность пробоя конденсаторов, так как на каждый конденсатор приходится лишь часть разницы потенциалов источника напряжения.

Резисторы R1 и R2 используются для задания режима покоя каскада.

Поскольку биполярный транзистор управляется током, ток покоя управляемого

элемента (в данном случае ток Iбп) создается заданием соответствующей

величины тока базы покоя Iбп. Резистор R1 предназначен для создания цепи

протекания тока Iбп. Совместно с R2 резистор R1 обеспечивает исходное

напряжение на базе Uбп относительно зажима ”+” источника питания.

Резистор Rэ является элементом отрицательной обратной связи,

предназначенным для стабилизации режима покоя каскада при изменении

температуры. Температурная зависимость параметров режима покоя

обусловливается зависимостью коллекторного тока покоя Iкп от температуры.

Основными причинами такой зависимости являются изменения от температуры

начального тока коллектора Iк0(э), напряжения Uбэ и коэффициента β.

Температурная нестабильность указанных параметров приводит к прямой

зависимости тока Iкп от температуры. При отсутствии мер по стабилизации тока

Iкп, его температурные изменения вызывают изменение режима покоя каскада,

что может привести, как будет показано далее, к режиму работы каскада в

нелинейной области характеристик транзистора и искажению формы кривой

выходного сигнала. Вероятность появления искажений повышается с

увеличением амплитуды выходного сигнала.

Предположим, что под влиянием температуры ток Iкп увеличился. Это отражается на увеличении тока Iэп, повышении напряжения Uэп=IэпRэ и соответственно снижении напряжения Uбэп=Uбп-Uэп. Ток базы Iбп уменьшается, вызывая уменьшение тока Iкп, чем создается препятствие наметившемуся увеличению тока Iкп. Иными словами, стабилизирующее действие

отрицательной обратной связи, создаваемой резистором Rэ, проявляется в том, что температурные изменения параметров режима покоя передаются цепью обратной связи в противофазе на вход каскада, препятствуя тем самым изменению тока Iкп, а, следовательно, и напряжения Uкэп.

Принцип действия каскада ОЭ заключается в следующем. При наличии

постоянных составляющих токов и напряжений в схеме подача на вход каскада

переменного напряжения приводит к появлению переменной составляющей

тока базы транзистора, а, следовательно, переменной составляющей тока в

выходной цепи каскада (в коллекторном токе транзистора). За счет падения

напряжения на резисторе Rк создается переменная составляющая напряжения

на коллекторе, которая через конденсатор С2 передается на выход каскада - в

цепь нагрузки.

Транзистор — электронный прибор из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.

Основными разновидностями транзисторов по полупроводниковому

материалу являются:

Германиевые

Кремниевые

Арсенид-галлиевые

По структуре различают транзисторы биполярные и полевые.

Биполярные

o n-p-n структуры, «обратной проводимости». o p-n-p структуры, «прямой проводимости»

Задание: собрать усилитель на биполярном транзисторе, схема которого приведена ниже; измерить и рассчитать коэффициент усиления по напряжению.

Дано: VT1 - КТ315Б (технические характеристики приведены в приложении)

С1=1мкФ С2=10мкФ

В работе используется кремниевый транзистор серии КТ315. Для того чтобы через кремниевый транзистор протекал ток необходимо к его Базе приложить смещение (напряжение) Uбэ= 0,6÷0,7В. При этом он “открывается” и через него начинают протекать токи Iб и Iк. В случае если напряжение Uбэ меньше – ток

через транзистор отсутствует; если больше – то происходит насыщение и эффект усиления пропадает.

Как видно из схемы, транзистор соединен параллельно с резистором R2, а значит напряжение на нем и на сопротивлении R2 равно. Резисторы R1 и R2 задают режим работы транзистора VT1 и, по сути, являются делителем напряжения.

Поскольку транзистор n-p-n типа, то E питания будет иметь знак “+”. Оно служит для питания усилительной цепи и задания режима работы транзистора. Обычно оно много больше полезного сигнала Uвх = 0,0nВ (где n=1,2,…,9), которым может быть, например, сигнал, снятый с микрофона, музыка и т.д. Передача сильного сигнала на расстояния невыгодна, а вот его непосредственное усиление на месте (в радиоприемниках) используется повсеместно. В транзисторе происходит модуляция сигнала Uвх c Eпит в результате на выходе получаем полезный сигнал с увеличенной амплитудой.

С1 и С2 конденсаторы развязки служащие для того, чтобы Uпит не попадало в нагрузку. R3 задает ток питания для транзистора. R4 устанавливается для того, чтобы убрать возбуждение транзистора.

1.необходимо рассчитать величину R1 при R2=1кОм, так чтобы входное напряжение Е=15 В снижалось до допустимого значения в 0,6В. Значение сопротивления можно найти из формулы для делителя:

2 = 1+ 2

Используя приложение 2, выбрать номинальное значение сопротивления резистора из ряда стандартных значений.

2.Собрать схему усилителя установив в качестве: R3 резистор номиналом 1кОм

R4 = 10 Ом

3.Установить сопротивление нагрузки Rн=30кОм.