32

Министерство образования РФ

Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)

Методические указания к лабораторным работам по курсу

"Физические основы электроники"

Новочеркасск 2003

УДК 681.3(076.5)

Рецензент канд. техн. наук В.П.Гринченков

Составитель: Попов Е.А.

Методические указания к лабораторным работам по курсу "Физические основы электроники" /Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. -Новочеркасск: ЮРГТУ, 2003г. - 32 с.

Приведены описания принципиальных схем исследований, программы работ, пояснения по ходу выполнения лабораторных работ по курсу "Физические основы электроники".

Методические указания рекомендованы для студентов 2-го курса специальности "Электромеханика".

©Южно-Российский государственный

технический университет, 2003

© Попов Е.А.

Целью выполнения лабораторных работ является изучение основ работы электронных полупроводниковых приборов, получение знаний для понимания физических процессов их работы, устройства, электрических характеристик и параметров, привитие практических навыков применения электронных элементов и выбора режимов их работы необходимых для проектирования электронных устройств и анализа их работы.

Лабораторная работа №1 исследование прохождения электрических сигналов через пассивные rc - цепи.

Цель работы - исследовать формирование импульсных сигналов различной формы с помощью RC - цепей при подаче на них прямоугольных импульсов; исследовать RC - фильтры высокой (ВЧ) и низкой (НЧ) частоты.

Используемое оборудование:

• лабораторный стенд с интегрирующими и дифференцирующими цепями;

• двухканальный осциллограф;

• генератор сигналов.

Программа работы

1.Рассчитайте постоянную времени  = RC для дифференцирующей цепи, изображенной на рис.1.1, с параметрами, заданными преподавателем.

Рис.1.1

2. Рассчитайте постоянную времени  = RC для интегрирующей цепи, изображенной на рис.1.2, с параметрами, заданными преподавателем.

Рис.1.2

3. Исследуйте дифференцирующую цепь (рис.1.1), для чего подайте на ее вход прямоугольные импульсы от генератора сигналов, а к выходу цепи подключите один из входов осциллографа, вторым входом можно контролировать сигнал на входе цепи. Подключение приборов показано на рис.1.3.

Рис.1.3

Установите частоту сигнала на входе таким образом, чтобы длительность импульса была примерно равна времени переходного процесса на конденсаторе С (время, за которое напряжение изменяется по экспоненциальному закону от max до min,   t) . Зарисуйте полученную осциллограмму сигналов на входе и выходе схемы, обязательно измерив с помощью осциллографа амплитуду и длительность. По полученной осциллограмме экспериментально определите постоянную времени  цепи и сравните ее с расчетной величиной.

Аналогично повторите измерения при частоте входного сигнала в 10 раз больше (  t) и меньше (  t) первоначальной. Сравните полученные осциллограммы и проанализируйте их.

Подключите к выходу цепи сопротивление нагрузки R_н и определите его влияние на параметры выходного импульса.

Оцените величину укорочения выходного импульса в зависимости от постоянной времени цепи.

4. Аналогично исследуйте интегрирующую цепь, установив первоначально частоту входного сигнала на входе таким образом, чтобы длительность импульса была примерно равна времени переходного процесса на конденсаторе С (время, за которое напряжение изменяется по экспоненциальному закону от min до max,   t). По полученным результатам оцените величину задержки выходного импульса в зависимости от постоянной времени и величину пульсации выходного напряжения при использовании цепи в качестве сглаживающего фильтра.

5. Рассчитайте частоту среза f_c=1/(2RC) фильтра ВЧ первого порядка на основе дифференцирующей RC-цепи (рис.1.1).

6. Рассчитайте частоту среза f_c=1/(2RC) фильтра НЧ первого порядка на основе интегрирующей RC-цепи (рис.1.2).

7. Снимите и постройте амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) фильтра ВЧ в диапазоне частот не менее, чем от 0.1f_с до 10f_с. Для этого подключите к входу фильтра генератор синусоидальных сигналов и один из входов осциллографа. Другой вход осциллографа подключите к выходу фильтра.

Коэффициент передачи фильтра можно определить как отношение амплитуды колебаний на выходе фильтра к амплитуде на входе. Удобнее измерять размах колебаний (двойная амплитуда):

.

Убедитесь, что фильтр "прозрачен" для высоких частот (коэффициент передачи близок к единице) и "непрозрачен" для малых частот, а на частоте среза коэффициент передачи равен 0.707 (-3 дБ). Убедитесь также, что в области малых частот АЧХ фильтра имеет наклон 6дБ/октаву (двойное изменение коэффициента передачи при двукратном изменении частоты).

8. Аналогично снимите и постройте - АЧХ) фильтра НЧ в диапазоне частот не менее, чем от 0.1f_с до 10f_с.

Убедитесь, что фильтр "прозрачен" для низких частот (коэффициент передачи близок к единице) и "непрозрачен" для высоких частот, а на частоте среза коэффициент передачи равен 0.707 (-3 дБ). Убедитесь также, что в области высоких частот АЧХ фильтра имеет наклон 6дБ/октаву (двойное изменение коэффициента передачи при двукратном изменении частоты).

Контрольные вопросы

1. Что такое постоянная времени RC-цепи?

2. Как влияет на форму импульса на выходе дифференцирующей цепи:

- величина резистора R;

- величина емкости конденсатора C;

- частота входного сигнала при неизменных величинах R и C?

3. Как влияет на форму импульса на выходе интегрирующей цепи:

- величина резистора R;

- величина емкости конденсатора C;

- частота входного сигнала при неизменных величинах R и C?

4. Назовите основные амплитудные и временные параметры импульсов.

5.Изобразите схему фильтра высокой частоты.

6.Изобразите схему фильтра низкой частоты.

7.Изобразите амплитудно-частотную характеристику фильтра ВЧ или НЧ, укажите точку, соответствующую частоте среза.

8.Как экспериментально получить АЧХ фильтра?