ЛР 11 Ключевые элементы на ПТ
.pdf
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Кафедра электрофизики
Лабораторная работа № 11
КЛЮЧЕВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
Москва |
2009 |
1.Цель работы
−Изучение работы ключевых элементов на полевых транзисторах,
−исследование их режимов работы,
−изучение передаточных характеристик,
−исследование переходных процессов.
2. Описание лабораторной установки
Лабораторная установка включает в себя электронный осциллограф GDS-2062, генератор сигналов GFG-3015 и специальный лабораторный стенд со сменной передней панелью.
Рис. 1
На лицевой панели лабораторного макета работы № 11 размещена схема инвертора на n-канальном МДП-транзисторе с резистивной нагрузкой и инвертор на комплементарных МДП-транзисторах (рис.1). Обе схемы выполнены на основе интегральной логической схемы CD4007, работающей от источника питания +5В.
Чтобы срять статическую передаточную характеристику инвертора необходимо поставить переключатель Режим в положение Статика. В этом случае на вход инверторов подается синусоидальное напряжение с частотой f=50 Гц от встроенного внутреннего генератора. Осциллограф GDS-2062 при снятии передаточной характеристики должен работать в режиме характериографа (режим X-Y). При этом входной сигнал (гнездо XS1 или XS3) необходимо подать на вход I усилителя вертикального отклонения осциллографа, а выходной сигнал (гнездо XS2 или XS4)– на вход II. Оба
входа усилителя – открыты. В этом случае передаточная характеристика наблюдается непосредственно на экране осциллографа.
Для исследования в схеме ключей переходных процессов (переключатель Режим в положении Динамика) на входы подаются импульсы от генератора GFG-3015 с выхода ТТЛ. Наблюдая совмещенные осциллограммы входного и выходного сигнала, измеряются временные параметры переходного процесса.
3. Подготовка к работе
3.1.Изучить раздел курса «Ключевые элементы на полевых транзисторах»; 3.2.Ознакомиться с описанием макета лабораторной работы; 3.3.Нарисовать схему для снятия передаточных характеристик инверторов
в данной лабораторной работе. Особо обратить внимание на подключение осциллографа и на режим его работы.
3.4.Для одного из вариантов МДП-ключа с резистивной нагрузкой (рис.1) определить выходное напряжение для трех значений входного сигнала (номер варианта совпадает с номером стенда).
Вариант |
1, 9, 17 |
2, 10, 18 |
3, 11, 19 |
4, 12, 20 |
5, 13, 21 |
6, 14, 22 |
7, 15, 23 |
8, 16,24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rс, кОм |
1 |
20 |
10 |
5 |
5 |
2 |
15 |
12 |
Eп, В |
20 |
9 |
10 |
15 |
20 |
25 |
10 |
12 |
Uо, В |
5 |
3 |
2 |
3 |
5 |
5 |
4 |
4 |
β, мА/В2 |
0.65 |
0.65 |
0.2 |
0.5 |
0.4 |
1.0 |
0.6 |
0.6 |
Uвх, В |
3 |
2 |
2 |
2 |
4 |
4 |
3 |
4 |
8 |
3.5 |
3.5 |
6 |
7 |
7 |
5.5 |
5.5 |
|
|
16 |
6 |
8 |
12 |
16 |
20 |
8 |
10 |
Изучить рабочее задание и подготовить бланк протокола.
4.Рабочее задание
1.Включить осциллограф и лабораторный стенд.
2.Снять (зарисовать) передаточную характеристику транзисторного ключа на МДП-транзисторе с резистивной нагрузкой с указанием масштабов напряжений по осям. По снятой передаточной характеристике определить:
−Uвых1 - выходное напряжение логической 1;
−Uвых0 - напряжение логического 0;
−Uпор0 - пороговое напряжение отпирания ключа;
−Uпор1 - пороговое напряжение запирания ключа (точка перехода с крутого на пологий участок выходных характеристик транзистора);
По этим данным рассчитать:
−Uпом0 - помехоустойчивость схемы на отпирание;
−Uпом1 - помехоустойчивость схемы на запирание.
3.Снять (зарисовать) передаточную характеристику ключа на комплементарных МДП-транзисторах. По передаточной характеристике определить:
−Uвых1 - выходное напряжение логической 1;
−Uвых0 - напряжение логического 0;
−Uпор0 - пороговое напряжение отпирания ключа;
−Uпор1 - пороговое напряжение запирания ключа (точка перехода с крутого на пологий участок выходных характеристик транзистора);
По этим данным рассчитать:
−Uпом0 - помехоустойчивость схемы на отпирание;
−Uпом1 - помехоустойчивость схемы на запирание.
4. Для исследования переходных процессов в ключе с резистивной нагрузкой выполнить следующее:
−Подключить выход ТТЛ генератора к стенду;
−Установить на генераторе частоту следования импульсов 10 кГц и ассиметрию сигнала 80%;
−На стенде переключатель Режим перевести в положение
Динамика.
5.Получить осциллограммы переходных процессов в транзисторном ключе с резистивной нагрузкой. Определить tз вкл и tз выкл.
Рассчитать среднее время задержки tз ср. Для выходного сигнала
определить длительность фронта tф01 и спада tф10 . Результаты занести в таблицу.
6.Для исследования переходных процессов в ключе на КМДПинверторе установить на генераторе частоту следования импульсов 100 кГц (ассиметрия сигнала – 80%).
7.Получить осциллограммы переходных процессов в транзисторном ключе на КМДП-инверторе. Определить tз вкл и tз выкл. Рассчитать
среднее время задержки tз ср. Для выходного сигнала определить
длительность фронта tф01 и спада tф10 . Результаты занести в таблицу.
Схема ключа |
t |
звкл |
, мкс |
t |
звыкл |
, мкс |
t |
, мкс |
t10 |
, мкс |
t01 |
, мкс |
|
|
|
|
|
зср |
|
ф |
|
ф |
|
||
С резистивной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нагрузкой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КМДП-инвертор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.Методические указания по оформлению отчета
1.Передаточная характеристика снимается с помощью осциллографа, работающего в режиме X-Y. При этом центр координат передаточной характеристики необходимо сместить в левый нижний угол экрана, а усиление по I и II каналам сделать такими, чтобы изображение ПХ занимало максимальную площадь экрана (рис.2). Желательно снять совмещенные передаточные характеристики. Это можно сделать, применяя режим накопления (рис. 3).
Рис. 2 |
Рис. 3 |
2.При исследовании динамических процессов установить скорость развертки такой, чтобы на экране полностью присутствовал только один входной и выходной импульс (рис. 4).
Рис. 4
Для увеличения точности измерений необходимо изменить временной масштаб так, чтобы увидеть или только начало переходного процесса (рис. 5), или только его завершение (рис. 6).
Рис. 5 |
Рис. 6 |
3.Для определения задержки включения и выключения установить следующие режимы измерений (рис. 5 и 6):
−Вр.ПрНС – для изменения задержки включения,
−Вр.ПрСН – для изменения задержки выключения.
Для определения длительности фронта tф01 и спада tф10 установить
дополнительно такие режимы измерений (рис. 5 и 6):
−Вр нараст – для изменения длительности фронта tф01 ,
−Вр спада – для изменения длительности спада tф10 .
4.Отчет о проделанной работе может быть выполнен в рукописном виде либо на листах из тетради, либо на стандартных листах A4. Также отчет можно и напечатать с использованием вычислительной техники. Не допускается ксерокопирование отчета.
5.Оформленный отчет должен содержать:
−Титульный лист или заголовок, включающий название лабораторной работы, фамилию студента и дату выполнения работы.
−Все пункты подготовки к работе, включая схемы, расчеты, графики.
−Все выполненные пункты рабочего задания, включая принципиальные схемы, результаты измерений, а также осциллограммы, диаграммы, графики с указанием осей, масштаба и всеми построениями и расчетами.
−Сравнение данных, полученных при подготовке к работе и результатов, полученных в процессе выполнения работы.