Электроника-МУ

УДК 621.38 (075.8) ББК 385 я 73 К 610

Рецензент:

Зав.кафедрой "Автоматика и телемеханика" Дальневосточного государственного университета путей сообщения, кандидат технических наук Малай Г.П.

Колодезная Г.В.

Электроника. Методические указания по выполнению лабораторных работ.

ЧастьI /Г.В. Колодезная, В.А.Нахалов Хабаровск:

Изд во ДВГУПС, 2004. 32с.: ил.

Методические указания соответствуют государственному образовательному стандарту дисциплины "Электроника" направления 657700 "Системы обеспечения движения поездов", специальности 2107.00 "Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте, 0719.00 «Информационные системы и технологии», 2401.00 «Организация перевозок и управление на транспорте».

Методические указания содержат цикл лабораторных работ по изучению и исследованию полупроводниковых приборов с использованием системы схемотехнического моделирования Electronics Workbench.

Предназначена для студентов второго курса института "Управления, автоматизации и телекоммуникации" и третьего курса ИИФО, изучающих дисциплину " Электроника".

УДК 621.38 (075.8) ББК 385 я 73

Издательство Дальневосточного государственного университета путей сообщения (ДВГУПС), 2004

Колодезная Г.В., Нахалов В.А.

2

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания являются практическим руководством по исследованию электронных приборов и схем на компьютере с помощью программы Electronics Workbench. Данная программа моделирования знакомит студента с элементами проектирования электронных схем, с разнообразной и обширной элементной базой. Студент может использовать набор основных контрольно-измерительных приборов. При наличии ЭВМ можно самостоятельно проводить исследования в домашних условиях. Следует отметить, что компьютерное моделирование не заменяет, а дополняет обычные лабораторные исследования.

Методические указания позволяют исследовать различные полупроводниковые диоды и транзисторы, а также простейшие электронные схемы, выполненные на указанных компонентах. Объем исследований определяет преподаватель для конкретного контингента студентов.

Перед выполнением лабораторных работ студент обязан изучить работу указанных электронных приборов, их характеристики и параметры, практические схемы применения.

Все схемы, приведенные в данном пособии, отображаются в соответствии с их видом на экране монитора. Условные обозначения и размеры элементов отвечающие требованиям ЕСКД приведены в Приложении1.

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И КОМПОНЕНТЫ

Программа Electronics Workbench имитирует реальное рабочее место исследователя – радиоэлектронную лабораторию, оборудованную электронными приборами, работающую в реальном масштабе времени.

Функциональный генератор предназначен для генерации синусоидального, прямоугольных и треугольных сигналов, а также для получения постоянного напряжения любой полярности. Постоянное напряжение задается в поле Offset. Амплитуда выходного сигнала имеет множители:

V,mV, V

Вольтметр и амперметр используется для измерения переменного и постоянного напряжения и тока соответственно. Диапазон измерений изменяется автоматически.

Осциллограф представляет собой аналог двух лучевого запоминающего осциллографа.

3

У прибора четыре входа: общий, входной синхронизации, канал А и канал В. В области Tame base находятсяВ области Time base находятся задающие режим работы переклю-

чатели: Y/T, B/A, A/B.

Y/T – ось ординат входы A и B, ось абсцисс время, шаг задается

B/A (A/B) – на отклоняющие пластины подается напряжение с канальных входов A и B. В режиме B/A

(A/B) можно наблюдать вольтамперные характеристики (характериограф). Множители задаются отдельно по каналам в области Channel A(B), там же находятся переключатели входа: AC(переменный) / 0(нуль) /

DC(постоянный).

Генератор напряжения заданной формы

3 вывода: общий (земля), положительный (+), отрицательный (-).

Форма сигнала задается переключателями в верхней части (синус, пила, импульсы).

Частота задается в поле Frequency, множи-

тель: Hz, kHz, MHz;

Симметричность формы: параметром Duty cycle;

Амплитуда переменной составляющей: Amplitude, множитель: μV, mV, V, kV;

Постоянная составляющая в вольтах задается в поле Offset, множитель то же, что и у амплитуды переменной составляющей.

Ключ

Переключение происходит при нажатии на указанную в скобках клавишу, в данном случае это [пробел]

Реле времени

Время включения (on) и выключения (off) задается в свойствах компонента.

Одноомные резисторы используются для снятия тока в ветвях схем, на этом резисторе напряжение будет соответствовать протекающему через него току.

4

Генератор напряжения управляемый током

Используется для более точного снятия значения тока в ветви, т.к. в отличии от одноомного резистора не вносит дополнительного сопротивления в исследуемую цепь, есть возможность

изменения коэффициента передачи генератора.

1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

Цель работы

Изучение свойств полупроводниковых диодов, экспериментальное определение их характеристик и параметров, исследование однополупериодного выпрямителя.

Состав работы папка “_lab\diode”

1.1.Снятие ВАХ кремниевого и германиевого диодов.

1.2.Получение ВАХ Si и Ge диодов на экране характериографа.

1.3.Снятие ВАХ диодов при различных температурах.

1.4.Снятие импульсной характеристики диода.

1.5.Однополупериодный выпрямитель.

Задание

1. Изучить работу полупроводниковых диодов, их вольтамперные характеристики (ВАХ) и параметры. Изучить работу однополупериодного выпрямителя. (Домашнее задание).

2.Экспериментально снять ВАХ диодов.

3.По ВАХ определить статические и динамические сопротивления при некотором токе (значения тока выбираются студентом самостоятельно).

4.Рассчитать динамические сопротивления при том же значении тока, используя теоретические соотношения.

5.Получить осциллограммы напряжений и токов в указанных точках схемы однополупериодного выпрямителя для резистивной и резистивноемкостной нагрузках. Дать объяснения полученным осциллограммам.

1.1. Снятие ВАХ кремниевого и германиевого диодов

папка: “_lab\diode” имя: “diode_01.ewb”

Описание схемы

Переключателем SP [пробел] задается полярность напряжения, подаваемого с генератора GEN, напряжение через ограничительный резистор прикладывается к диоду, выбираемому переключателем SD (клавиша [D]).

5

Порядок выполнения работы

1.Открыть файл со схемой рис.1.1, Для этого в меню программы выбрать File \ Open, в каталоге “_lab\diode” найти файл “diode_01.ewb”, выделив его, нажать “ОК”.

2.Снять прямую ветвь ВАХ кремниевого диода:

переключатель SP под-

ключен на “+” генератора, SD на кремниевый диод (Si);

первая точка: значение Offset генератора выставить в 1 В,

включить схему, (включить тумблер в верхнем правом углу), снять значения тока и напряжения с учетом множителей: μ – микро-, m – милли-, выключить схему (на тот же тумблер). Значение Offset генератора изменять от 1 до 12 Вольт с рекомендуемым шагом (задан в таблице), снять показания приборов и записать их в таблицу 1.1.

3. Снять обратную ветвь кремниевого диода

переключатель SP подключен на “–” генератора, SD на кремниевый диод (Si);

значение Offset генератора изменять от 0 до 12 Вольт с рекомендуемым в таблице шагом и записать показания приборов в таблицу 1.2. Особое внимание следует уделить точкам при заданном на генераторе значе-

нии Offset в 10, 30 и 50 мВ.

4. Снять прямую ветвь германиевого диода

переключатель SP подключен на “+” генератора, SD на германиевый диод (Ge);

первая точка: значение Offset генератора выставить 300 мВ, включить схему, снять значения с амперметра и вольтметра с учетом множителей: μ – микро, m – милли. Значение Offset генератора изменять от 1 до 12 Вольт с рекомендуемым шагом, снять показания приборов и записать их в таблицу 1.1.

5. Снять обратную ветвь германиевого диода,

переключатель SP подключен на минус генератора, SD на германиевый диод (Ge);

значение Offset генератора изменять от 1 до 12 Вольт, снять показания приборов и записать их в таблицу 1.2.

6

1.2. Получение ВАХ Si и Ge диодов на экране характериографа

папка: “_lab\diode” имя: “diode_02.ewb”

вых 2 секунд ток проходит через Si диод, следующие 2 секунды – через Ge диод, затем генератор отключается от схемы. На канал A осциллографа OSC подается напряжение с 1 Ом резистора – ток через диод. На канал B подается напряжение диода. В OSC на горизонтальные пластины подается напряжение канала B, а на вертикальные – канала A, т.е на горизонтальные – напряжение, на вертикальные - ток. Таким образом, можно наблюдать ВАХ прибора (в данном случае диода) на экране осциллографа.

Порядок выполнения работы

1. Открыть файл со схемой рис.1.2

Включить тумблер в верхнем правом углу. После того как схема отработала 4 секунды модельного времени – схему отключить. Для этого необходимо нажать на тот же тумблер. Существуют горячие клавиши: Включить {Ctrl-G}, Отключить {Ctrl-T}.

3. Просмотр/редактирование/сохранение результатов моделирования В меню выбрать Analysis / DisplayGraph, или нажать на иконку.

Во вкладке Oscilloscope находятся результаты полученные осциллографом в ходе процесса моделирования. Можно менять диапазон по абсцисс/ординат (вкладка BottomAxis/LeftAxis соответственно в Graph Properties), вкл/выкл сетку (ToggleGrid в выпадающем меню), надписи на осях и главную надпись (в Graph Properties). После этого результаты можно: перерисовать, скопировать для вставки в другие приложения (Edit\Copy в выпадающем меню), сохранить в текстовом или внутреннем форматах.

Полученные ВАХ с учетом масштаба по каналам А и В скопировать в отчет.

1.3. Снятие ВАХ диодов при различных температурах

папка:“_lab\diode” имя: “diode_03.ewb”

да, переходы которых находятся при температурах 27º и 57º С (300 и 330 градусов К)

Генератор вырабатывает симметричные пилообразные импульсы частотой 1 Гц и амплитудой 10 В, реле времени подключают к генератору на 2 полных периода (2 сек) диод с 27º С, затем на 2 периода диод при 57º С, затем генератор отключается.

Порядок выполнения работы

1. Открыть файл со схемой рис.1.3.

Для этого в меню программы выбрать File \ Open, в каталоге

“_lab\diode” находим файл “diode_03.ewb”, выделяем его, нажимаем “ОК”.

2.Если требуется, именить вид/марку/температуру диодов. Все операции производятся в параметрах компонента.

3.Запустить и выключить схему.

8

чилось основное реле времени) – схему отключить. Для этого необходимо нажать на тот же тумблер. Существуют горячие клавиши: Включить {Ctrl- G}, Отключить {Ctrl-T}.

4. Просмотр/редактирование/сохранение результатов моделирования В меню выбираем Analysis / DisplayGraph, или нажимаем на

иконку.

Во вкладке Oscilloscope находятся результаты полученные осциллографом в ходе процесса моделирования. Можно менять диапазон по абсцисс/ ординат, вкл/выкл сетку, надписи на осях и главную надпись. После того как результаты удобочитаемы можно: перерисовать их, скопировать для вставки в другие приложения, сохранить в текстовом или внутреннем форматах.

Полученные ВАХ с учетом масштаба по каналам А и В перерисовать в отчет.

1.4. Снятие импульсной характеристики диода

папка: “_lab\diode” имя: “diode_04.ewb”

основную цепь для снятия тока через диод. Схема имеет 3 точки для снятия осциллограмм U_in, U_dioda, I_полн.

U_in – напряжение на выходе генератора. U_dioda – напряжение на диоде.

I_полн – ток в цепи.

Порядок выполнения работы

1. Открыть файл со схемой рис.1.4.

Для этого в меню программы выбрать File \ Open, в каталоге

“_lab\diode” найти файл “diode_04.ewb”, выделив его, нажать “ОК”.

2.Если требуется меняем вид/марку/температуру диодов. Все операции производятся в параметрах компонента.

3.Произвести снятие импульсной характеристики Ge диода.

9

Ключ должен быть в основном положении, подключая Ge диод к генератору GEN. Выставить частоту генератора GEN Frequency 1 MHz, снять характеристику с осциллографа.

Для этого использовать Display Graph.

Эксперимент повторить с частотой генератора GEN Frequency 10 MHz, снять характеристику с осциллографа.

Установить частоту GEN Frequency 50 MHz, снять характеристику при этой частоте.

4. Выполнить те же операции для Si диода.

Развертка осциллографа задается параметром TimeBase. Полученные осциллограммы с учетом масштаба по каналам А и В пе-

рерисовать в отчет.

1.5. Однополупериодный выпрямитель

папка:_lab\diode имя: diode_05.ewb

конденсаторе, свести их на один график и провести полный анализ работы выпрямителя, сравнить напряжения на нагрузке при подключенном и отключенном конденсаторе.

Обработка материалов измерений и содержание отчета

1. По данным измерений таблицы 1.1 и 1.2 построить ВАх исследуемых

ские сопротивления диодов. Приращения брать на линейных участках ха-

10