лабораторные работы на NI ELVIS

Измерение выходного напряжения Uвых производится с Rн.

Uвх задается на макете через Variable power supplies со знаком “+”.

Для этого рычаг Manual переводим в верхнее положение и ручкой выставляем значение напряжения равное сотым долям вольт.

Измеряем напряжение подключив щупы к DMM voltage. Сначала нужно убедиться, что на вход схемы в качестве Uвх подается малое напряжение. Для этого измеряем его между землей (ground) и “+” (supply) на макете.

Записываем значение Uвх. Его, например, можно установить равным

0,05÷0,095 В.

Примечание: чтобы заработало Variable power supplies нужно перевести во включенное состояние питание всего макета – крайний левый переключатель на лицевой панели Prototyping board power.

4. Рассчитать коэффициент усиления по формуле:

вых = вх

На вход подается напряжение Uвх в пределах десятков мВ.

5.Определить как изменится коэффициент усиления при изменении величины R3, R4, Rн.

По полученным зависимостям Ku от R3, R4, Rн построить графики.

Приложение 1

Приложение 2

Содержание отчета:

Титульный лист цель работы

краткая теоретическая часть задание выполнение – расчеты, результаты заключение

Контрольные вопросы:

1.Принцип работы усилителя на биполярном транзисторе.

2.Основные схемы включения транзистора.

3.Что такое ВАХ?

4.Для чего в схеме служат конденсаторы?

5.Для чего в схеме резисторы R1 и R2?

6.Формула расчета емкости плоского конденсатора?

7.Для чего в схеме Rэ?

8.Диэлектрическая постоянная?

9.Емкость параллельно соединенных конденсаторов.

10.Емкость последовательно соединенных конденсаторов.

11.Какое напряжение смещения должно быть приложено к входу кремниевого транзистора, чтобы он открылся?

12.Формула расчета коэффициента усиления.

13.Свойства конденсатора?

14.Что такое транзистор?

15.Основные разновидности биполярных транзисторов.

Лабораторная работа №4

Цель работы: изучение инструментов NI ELVIS для исследования цепей переменного тока: цифровой мультиметр, функциональный генератор, осциллограф, анализатор импеданса и Боде анализатор.

Теоретическая часть

Средства исследования цепей переменного тока.

Большинство электронных схем работают на переменном токе, поэтому наша возможность проектировать и создавать хорошие схемы напрямую зависит от средств измерения частотных характеристик, импедансов, а также наглядного изображения свойств схем. Имея в наличии совершенные средства и обладая небольшими знаниями схемотехники, можно настроить любую схему на оптимальный отклик.

Примером такой схемы может служить:

Схема энергосберегающей лампы мощностью 118 Вт

Компактные энергосберегающие лампы работают так же, как и обычные люминесцентные лампы с тем же принципом преобразования электрической энергии в световую. Трубка имеет на концах два электрода, которые нагреваются до 900-1000 градусов и испускают множество электронов, ускоряемых приложенным напряжением, которые сталкиваются с атомами аргона и ртути. Возникающая низкотемпературная плазма в парах ртути преобразуется в ультрафиолетовое излучение. Внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором, преобразующим ультрафиолетовое излучение в видимый свет. К электродам подводится переменное напряжение, поэтому их функция постоянно меняется: они становятся то анодом, то катодом. Генератор подводимого к электродам напряжения работает на частоте в десятки килогерц, поэтому энергосберегающие лампы, по сравнению с обычными люминесцентными лампами, не мерцают.

Схема состоит из цепей питания, которые включают помехозащищающий дроссель L2, предохранитель F1, диодный мост, состоящий из четырёх диодов

1N4007 и фильтрующий конденсатор C4. Схема запуска состоит из элементов D1, C2, R6 и динистора. D2, D3, R1 и R3 выполняют защитные функции. Иногда эти диоды не устанавливают в целях экономии.

При включении лампы, R6, C2 и динистор формируют импульс, подающийся на базу транзистора Q2, приводящий к его открытию. После запуска эта часть схемы блокируется диодом D1. После каждого открытия транзистора Q2, конденсатор C2 разряжен. Это предотвращает повторное открытие динистора. Транзисторы возбуждают трансформатор TR1, который состоит из ферритового колечка с тремя обмотками в несколько витков. На нити поступает напряжение через конденсатор C3 с повышающего резонансного контура L1, TR1, C3 и C6. Трубка загорается на резонансной частоте, определяемой конденсатором C3, потому что его ёмкость намного меньше, чем ёмкость C6. В этот момент напряжение на конденсаторе C3 достигает порядка 600В. Во время запуска пиковые значения токов превышают нормальные в 3-5 раз, поэтому если колба лампы повреждена, существует риск повреждения транзисторов.

Когда газ в трубке ионизирован, C3 практически шунтируется, благодаря чему частота понижается и генератор управляется только конденсатором C6 и генерирует меньшее напряжение, но, тем не менее, достаточное для поддержания свечения лампы.

Когда лампа зажглась, первый транзистор открывается, что приводит к насыщению сердечника TR1. Обратная связь на базу приводит к закрытию транзистора. Затем открывается второй транзистор, возбуждаемый противоположно подключенной обмоткой TR1 и процесс повторяется.

Интерактивные панели управления (ИПУ), используемые в данной лабораторной работе

Цифровой омметр DMM[Ω], функциональный генератор FGEN, осциллограф OSC, анализатор импеданса IA и Боде анализатор BodeA.

Компоненты, используемые в данной лабораторной работе

Резистор R Конденсатор C

Упражнение 4.1. Измерение величин компонентов схемы

Запустите NI ELVIS и выберите функцию Digital Multimeter (данные измерения можно провести с использованием настольного мультиметра).

Сначала используйте функцию DMM[Ω] для измерения сопротивления резистора R, а затем DMM[C] для измерения емкости конденсатора C.

Заполните следующую таблицу Резистор R _________________ Ом Конденсатор C _________________ мкФ Закройте DMM.

Упражнение 4.2. Измерение импедансов отдельных компонентов и всей схемы

Импеданс резистора совпадает с его сопротивлением на постоянном токе. На двумерном графике импеданс резистора можно представить в виде

линии вдоль оси X, что говорит о наличии только действительной компоненты импеданса. Что же касается конденсатора, то его импеданс (или, более точно, реактивное сопротивление) XC является чисто мнимым, зависит от частоты и на двумерном графике представляется в виде линии вдоль оси Y.

Математически реактивное сопротивление конденсатора записывается в виде:

= 1

где ω – угловая частота (единицей измерения является радиан/секунда), а j

– символ, используемый для обозначения мнимых чисел. Импеданс последовательной RC-цепи равен сумме рассмотренных компонент: R – резистивной составляющей (действительная) и XC – реактивной составляющей (мнимая).

= + = + (Ом)

Это выражение может быть представлено вектором на плоскости в полярной системе координат:

Импеданс резистора обозначается вектором вдоль действительной оси (X), а конденсатора – в противоположном направлении мнимой оси (Y). Не забывайте, что согласно комплексной алгебре, 1/j = –j.

Для визуализации поведения суммарного вектора во времени выберите функцию Impedance Analyzer (Анализатор импеданса) из меню запуска инструментов NI ELVIS.

Присоедините провода от токовых (current) входом DMM на лицевой панели станции к резистору. Убедитесь, что вектор направлен вдоль действительной оси и его фаза равна нулю. Теперь присоедините провода к конденсатору. Посмотрите: вектор направлен вдоль мнимой оси в противоположном направлении, а фаза теперь составляет 270 или –90 градусов. Измените значение элемента управления Measurement Frequency (Частота тестирующего сигнала) и наблюдайте за изменением величины реактивного сопротивления (длина вектора): при увеличении частоты сопротивление уменьшается и наоборот. Теперь присоедините провода к последовательно соединенным резистору и конденсатору (убедитесь, что схема не заземлена). Теперь вектор будет иметь действительную и мнимую составляющие. Измените частоту и наблюдайте за изменением вектора.

Подстройте частоту таким образом, чтобы реактивная компонента (X) равнялась резистивной (R).

При такой особой частоте фаза равна _______ градусов Амплитуда также имеет специфическое значение при этой частоте (либо фазе).

Определить, чему равна длина вектора в этой точке _____________. Закройте Анализатор импеданса.

Упражнение 4.3. Проверка последовательной RC-цепи с помощью функционального генератора и осциллографа

На макетной плате рабочей станции соберите схему делителя напряжения, состоящую из конденсатора и резистора. Входы получившейся RC-цепи соедините с контактами [FGEN] и [Ground].

Источником питания для цепей переменного тока часто является функциональный генератор. Мы также будем использовать его для тестирования нашей RC-цепи. Из меню запуска инструментов NI ELVIS выберите функцию Function Generator (Функциональный генератор).