Министерство образования Российской Федерации

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет электрофизический

Кафедра КИСМ

Электроника

Лабораторная работа №1

ОЗНАКОМЛЕНИЕ С РАБОТОЙ В ПРОГРАММНО-АППАРАТНОЙ

СРЕДЕ NI ELVIS

Исполнитель

Студент, 8В92 ____________ И. В. Вальт

(подпись)

____________

(дата)

Руководитель

Старший преподаватель ____________ С. В. Силушкин

(подпись)

____________

(дата)

Томск - 2011

Цель работы

Получить первоначальные навыки выполнения лабораторных работ по аналоговой электронике в программно-аппаратной среде NI ELVIS.

Задачи работы

1. Изучить с целью дальнейшего использования в лабораторном цикле разделы книги №1 «Введение в NI ELVIS»;

2. Ознакомиться с инструкцией по охране труда в лабораториях кафедры КИСМ ЭФФ;

3. Подготовиться и практически освоить предложенную программу работ по аналоговой электронике и защитить ее.

Основные элементы измерительной системы

1. Учебная лаборатория NI ELVIS, использующая программно-аппаратную среду для генерирования различных воздействий в электронные цепи и выполнения измерений их откликов;

2. Лабораторный макет по аналоговой электронике кафедры КИСМ для построения схем, выбранных для исследований.

Ход работы

1. Выполним измерения параметров различных электронных компонентов.

1. Выберем Digital Multimeter среди набора интерактивных инструментов, которые выполнены в LabVIEW.

2. Измерим с помощью DMM значения различных сопротивлений элементов лабораторного макета, например, R1,R3,R4. С этой целью соединим выбранный резистор с токовыми входами DMM-current HI и current LO, а цифровой вольтметр переведем в режим омметра, нажав кнопку [Ω].

Проведем измерения и заполним следующие строчки:

а) R1= 2,214 кОм, (номинал 2,2 кОм);

б) R3= 19,84 кОм, (номинал 20 кОм);

в) R4= 100,1 кОм, (номинал 100 кОм)

По результатам измерений получили весьма незначительную разницу экспериментальных и номинальных значений, которую можно объяснить несовершенством производства.

3. Измерим с помощью DMM значения различных конденсаторов лабораторного макета, например, C1,C10. С этой целью соединим выбранный конденсатор с токовыми входами DMM-current HI и current LO, а цифровой вольтметр переведем в режим измерения емкостей, нажав соответствующую кнопку ( ).

Проведем измерения и заполним следующие строчки:

а) C1=977073 pF, (номинал 1.0 мкФ)

б) C10=46688,68 pF, (номинал 47nF).

По результатам измерений получили весьма незначительную разницу экспериментальных и номинальных значений, которую можно объяснить погрешностью измерений и несовершенством производства.

2. Освоим процесс получения вольт-амперных характеристик (вах) двухполюсников и четырехполюсников.

1. Соберем схему для снятия ВАХ двухполюсников (сначала рези-стора R1, потом диодов: VD1 – кремниевого точечного диода, VD2 – диода Шоттки, VD3 – кремниевого стабилитрона).

Обобщенная схема эксперимента приведена на рисунке 1:

Рис. 1. Схема эксперимента для снятия ВАХ двухполюсников (резисторов и диодов)

1. Получим ВАХ для резистора R1(покажем на рис. 2 и выведем значения в таб. 1):

Рис. 2. ВАХ для резистора R1

Табл.1

Напряжение(В)	-4,969	-3,970	-2,979	-1,987	-0,995	0,000
Ток(мА)	-2,233	-1,789	-1,337	-0,885	-0,433	0,012
Напряжение(В)	0,994	1,987	2,981	3,974	4,968
Ток(мА)	0,461	0,910	1,357	1,804	2,254

Экспериментальная ВАХ примерно совпадает с ВАХ, полученной теоретически.

2. Получим ВАХ для VD1-кремниевого точечного диода (покажем на рис. 3 и выведем значения в таб. 2 ):

Рис.3. ВАХ для VD1-кремниевого точечного диода

Табл. 2. ВАХ для VD1-кремниевого точечного диода:

Напряжение(В)	0,000	0,050		0,100		0,149		0,199		0,249		0,298		0,348		0,395
Ток(мА)	0,011	0,011		0,011		0,011		0,011		0,012		0,014		0,019		0,034
Напряжение(В)	0,446		0,492		0,539		0,589		0,638		0,676		0,707		0,731
Ток(мА)	0,081		0,202		0,525		1,354		3,043		5,259		7,709		10,030

Полученная ВАХ примерно совпадает с ВАХ, которая была изучена на курсе лекций. Кремниевые диоды открываются при прямом напряжении 0,6...0,7 В

3. Получим ВАХ для VD2-диода Шоттки (покажем на рис .4 и выведем в табл. 3):

Рис. 4. ВАХ для VD2-диода Шоттки

Табл 3. ВАХ для VD2-диода Шоттки:

Напряжение(В)	0,000	0,020	0,040		0,059		0,079		0,099		0,118		0,138		0,157
Ток(мА)	0,011	0,014	0,021		0,035		0,064		0,124		0,245		0,488		0,953
Напряжение(В)	0,174	0,188	0,200	0,210		0,220		0,228		0,236		0,244		0,246
Ток(мА)	1,676	2,541	3,540	4,638		5,809		7,036		8,306		9,613		10,044

В то время, как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0,6—0,7 вольт, применение диодов Шоттки позволяет снизить это значение до 0,2—0,4 вольт, что и было доказано экспериментально.

4. Получим ВАХ для VD3- кремниевого стабилитрона (покажем на рис .5 и выведем в табл. 4):

Рис. 5. ВАХ для VD3- кремниевого стабилитрона

Табл. 4. ВАХ для VD3- кремниевого стабилитрона:

Напряжение(В)	-5,654	-5,369		-5,077		-4,779		-4,481		-4,182		-3,883		-3,584		-3,286
Ток(мА)	-0,397	-0,015		0,008		0,009		0,010		0,010		0,011		0,011		0,011
Напряжение(В)	-2,987	-2,688		-2,390		-2,091		-1,792		-1,493		-1,195		-0,896		-0,597
Ток(мА)	0,011	0,011		0,011		0,011		0,011		0,011		0,011		0,011		0,011
Напряжение(В)	-0,299		0,000		0,299		0,594		0,776
Ток(мА)	0,011		0,011		0,011		0,027		4,095

2. Получение ВАХ для трехполюсников.

Соберем схему для снятия выходных ВАХ биполярного транзистора(рис. 6)

Рис. 6. Схема для снятия выходных ВАХ биполярного транзистора VT1.

3. Для снятия ВАХ используется Three-wire Current-Voltage Curve Tracer (рис.7).

Рис. 7. Выходные ВАХ для биполярного транзистора VT1

Введем полученные данные в таблицу 5 .

Табл. 5. Выходные ВАХ биполярного транзистора VT1

Base current (µA): 15

Напряжение К (В)	0,00004049	0,04986539	0,09966820	0,14955950	0,19909199
Ток К (A)	0,00000524	0,00017384	0,00048974	0,00066451	0,00070956
Напряжение К (В)	0,24890426	0,29875668	0,34857241	0,39836676	0,44793382
Ток К (A)	0,00072447	0,00072604	0,00072714	0,00072752	0,00072843

Base current (µA): 25,0

Напряжение К (В)	0,00004049	0,04986539	0,09966820	0,14955950	0,19909199
Ток К (A)	0,00000579	0,00029751	0,00086736	0,00119901	0,00130194
Напряжение К (В)	0,24890426	0,29875668	0,34857241	0,39836676	0,44793382
Ток К (A)	0,00130978	0,00130978	0,00131143	0,00133393	0,00131367

Base current (µA): 35,0

Напряжение К (В)	0,00004049	0,04986539	0,09966820	0,14955950	0,19909199
Ток К (A)	0,00000642	0,00043428	0,00125992	0,00179821	0,00195304
Напряжение К (В)	0,24890426	0,29875668	0,34857241	0,39836676	0,44793382
Ток К (A)	0,00196402	0,00196687	0,00196944	0,00197108	0,00197312

Base current (µA): 45,0

Напряжение К (В)	0,00004049	0,04986539	0,09966820	0,14955950	0,19909199
Ток К (A)	0,00000721	0,00055987	0,00162470	0,00236962	0,00257529
Напряжение К (В)	0,24890426	0,29875668	0,34857241	0,39836676	0,44793382
Ток К (A)	0,00266158	0,00266672	0,00266948	0,00267221	0,00267460

Base current (µA): 55,0

Напряжение К (В)	0,00004049	0,04986539	0,09966820	0,14955950	0,19909199
Ток К (A)	0,00000790	0,00069292	0,00203340	0,00298872	0,00325700
Напряжение К (В)	0,24890426	0,29875668	0,34857241	0,39836676	0,44793382
Ток К (A)	0,00336318	0,00337065	0,00337493	0,00337758	0,00338111

Полученные значения сравнимы с теоретическими, что позволяет сделать доступным поиск рабочей точки для транзистора.

4. Соберем схемы для снятия входных ВАХ биполярного транзистора VT1 (рис.8)

а б

Рис. 8. Схемы для снятия входных ВАХ биполярного транзистора VT1:

а) Uкэ=0V; б) Uкэ=+5V.

В данном эксперименте используется Two Wire Current-Voltage Analyzer (рис.9а и 9б).

Рис. 9а. Входные ВАХ для биполярного транзистора VT1(схема а)

Рис. 9б. Входные ВАХ для биполярного транзистора VT1(схема б)

Выведем полученные данные в таблицу 6.а и 6.б .

Табл. 6.а. Входные ВАХ биполярного транзистора VT1(схема а):

Voltage (V)	0,000	0,050	0,100	0,149	0,199	0,249	0,299
Current (mA)	0,004	0,004	0,004	0,004	0,004	0,004	0,004
Voltage (V)	0,349	0,398	0,447	0,494	0,590	0,682	0,730
Current (mA)	0,004	0,004	0,007	0,021	0,348	3,643	9,355

Табл. 6.б. Входные ВАХ биполярного транзистора VT1(схема б):

Voltage (V)	0,000	0,050	0,100	0,149	0,199	0,249	0,299
Current (mA)	0,004	0,004	0,004	0,004	0,004	0,004	0,004
Voltage (V)	0,349	0,398	0,447	0,494	0,546	0,590	0,640
Current (mA)	0,004	0,005	0,013	0,063	0,365	1,812	8,278

При изменении напряжения с 0 до 5В, входная ВАХ смещается влево.