3. Методика выполнения работы
В качестве примера, знакомящего с особенностями реального эксперимента, на первом занятии исследуются схема измерения статических вольт-амперных характеристик (ВАХ) полупроводниковых диодов. При проведении занятия целесообразно придерживаться следующего плана.
3.1. Чтобы получить наглядное представление о том, чем отличаются ВАХ различных диодов и в чём они похожи, целесообразно характеристики диодов строить на общих осях координат. Так как прямые и обратные напряжения исследуемых в лаборатории диодов значительно отличаются по величине, на графике следует использовать различные масштабы, выбрав максимальное значение прямого напряжения не более 2,5 В, а обратного –6 В. Начертите оси координат для построения ВАХ при прямом и обратном включении диодов, выбрав максимальное значение прямого и обратного токов 15 мА. Нанесите масштабную сетку.
3.2. Исследуйте ВАХ стабилитрона, фиксируя результаты измерений в виде точек на графике. Запишите по показаниям приборов значения токов и напряжений вблизи рабочей точки с током 10 мА, оценив сразу же величину дифференциального сопротивления на прямой ветви ВАХ и в режиме пробоя. В процессе эксперимента необходимо зафиксировать внимание на параметрах, называемых напряжениями практического отпирания UO и пробоя UПРОБ, при которых на графиках начинается заметный рост тока. Отметить на ВАХ этих напряжения и записать в отчёт их значения. Измерить величину обратного тока при напряжении 2 В.
3.3. Повторить эксперимент, подключая вместо стабилитрона поочерёдно стабистор, кремниевый диод и германиевых диод. Обратить внимание на зависимость напряжения практического отпирания от материала полупроводника, связав объяснение с шириной запрещённой зоны энергетической диаграммы.
3.4. При исследовании светоизлучающих диодов подключение обратного напряжения недопустимо. Исследуйте ВАХ светоизлучающего диода при прямом напряжении, обратив внимание на напряжение и ток, при которых начинается заметное свечение диода. Запишите и отметьте напряжения на графике.
Требования к содержанию и оформлению отчёта по лабораторной работе и контрольные вопросы приведены в методических указаниях [1; 8]. Сведения об особенностях интерфейса пользователя, элементной базе и методике составления схем в виртуальной лаборатории описаны в учебном пособии [2].
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ВИРТУАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАБОРАТОРИИ
1. Цель лабораторной работы
Приобретение практических навыков исследования схем с помощью контрольно-измерительных приборов виртуальной электронной лаборатории на базе программного комплекса Electronics Workbench.
После выполнения лабораторной работы студент должен уметь составлять схемы и исследовать их с помощью вольтметров, амперметров, функционального генератора, осциллографа и измерителя частотных характеристик.
2. Содержание работы
2.1. Измерение параметров сигналов в цепях постоянного тока.
2.2. Измерение параметров сигналов в цепях переменного тока.
3. Методика выполнения работы
3.1. Режим постоянного тока
3.1.1. Соберите схему (рис.1,а), позволяющую оценить влияние внутренних сопротивлений измерительных приборов на токи и напряжения в электрической цепи.
Рис.1. Схемы измерения токов и напряжений виртуальными приборами
3.1.2. Установите в диалоговом окне настройки параметров амперметра и вольтметра режимы измерения постоянного тока и напряжения при практически идеальных значениях внутренних сопротивлений измерительных приборов (эти значения параметров предлагаются программой по умолчанию). До начала эксперимента рассчитайте, не пользуясь калькулятором, с точностью до одной-двух значащих цифр величину тока в цепи и напряжений в узлах до миллиамперметра и после него при двух значениях сопротивлений резистора R2: 100 Ом и 100 кОм (при расчётах можете воспользоваться рекомендациями [4, раздел 2, задания 2 и 3],. Такой способ приблизительной оценки свойств схемы принято называть чтением схемы. Запишите свои предположения в отчёт.
3.1.3. Включите режим моделирования. Измерьте величины тока и напряжения. Совпадают ли вычисленные вами значения с показаниями измерительных приборов?
Запишите результаты измерения и свои выводы в отчёт.
3.1.4. Установите внутреннее сопротивление вольтметра 100 кОм, а миллиамперметра 100 Ом. Рассчитайте до проведения эксперимента величины токов и напряжений при двух значениях сопротивления R2: 100 Ом и 100 кОм. Проведите эксперимент и оцените свою способность читать простейшую схему.
Почему показания приборов при подключении вольтметра до и после миллиамперметра не совпадают?
В каких случаях и почему при одновременном измерении тока и напряжения измерительные приборы оказали наименьшее влияние на параметры цепи, обеспечив, тем самым, наименьшую погрешность измерения?
Сформулируйте и запишите в отчёт правило подключения вольтметра и амперметра, обеспечивающее минимальную погрешность измерения тока и напряжения с учётом внутренних сопротивлений измерительных приборов и сопротивлений элементов схемы.