- •Сборник методических указаний к лабораторным работам
- •Содержание
- •Введение
- •Лабораторная работа №1. Изучение стенда
- •1. Назначение и состав стенда
- •1.1. Компоновка оборудования
- •1.2. Блок генераторов напряжений
- •1.3. Наборная панель
- •1.4. Набор миниблоков по теории электрических цепей и основам электроники
- •1.5. Набор трансформаторов
- •1.6. Блок мультиметров
- •1.7. Ваттметр
- •1.8. Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Лабораторная работа №2. Изучение электронных измерительных приборов
- •Лабораторная работа №3. Исследование работы полупроводниковых диодов и стабилитронов
- •Лабораторная работа №4. Нелинейные преобразователи электрических сигналов. Исследование последовательных диодных ограничителей.
- •Лабораторная работа №5. Нелинейные преобразователи электрических сигналов.Иисследование параллельных диодных ограничителей.
- •Лабораторная работа №6. Исследование параметрического стабилизатора напряжения
- •Лабораторная работа №7. Исследование однофазного однополупериодного выпрямителя
- •Лабораторная работа №8. Исследование однофазного
- •Лабораторная работа №9. Исследование неуправляемого выпрямителя трехфазного тока
- •Лабораторная работа №10. Исследование работы биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (оэ)
- •Лабораторная работа №11. Выпрямительные диоды. Эффект p-n перехода в диодах
- •1.1.1. Общие сведения
- •1.1.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Лабораторная работа №12. Полупроводниковый однополупериодный выпрямитель
- •1.2.1. Общие сведения
- •1.2.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Лабораторная работа №13. Полупроводниковый мостовой выпрямитель
- •1.3.1. Общие сведения
- •1.3.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Лабораторная работа №14. Неуправляемый выпрямитель трехфазного тока
- •1.4.1. Общие сведения
- •1.4.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Лабораторная работа №15. Стабилитроны (диоды Зенера). Характеристики стабилитрона
- •2.1.1. Общие сведения
- •2.1.1. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Лабораторная работа №16. Исследование параметрического стабилизатора напряжения
- •2.2.1. Общие сведения
- •2.2.2. Экспериментальная часть Задание 1
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Задание 2
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: При каких условиях выходное напряжение параметрического стабилизаора остается постоянным?
- •Вопрос 2: Когда возникает ток стабилизации iст ?
- •Лабораторная работа №17. Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения
- •2.3.1. Общие сведения
- •2.3.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Лабораторная работа №18. Диоды с особыми свойствами. Светодиоды
- •3.1.1. Общие сведения
- •3.1.2. Экспериментальная часть
- •Вопрос 1: Какой минимальный ток необходим светодиоду для слабого светоизлучения?
- •Вопрос 2: Как ведет себя светоизлучение при изменении полярности прикладываемого напряжения?
- •Вопрос 3: Напряжение питания светодиода 5 в. Какой добавочный резистор необходим при токе 15 мА? лабораторная работа №19. Диоды с переменной емкостью (варикапы)
- •3.2.1. Общие сведения
- •3.2.2. Экспериментальная часть
- •Вопрос 1: Какова величина порогового напряжения варикапа?
- •4.1.1. Общие сведения
- •4.1.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Каковы общие свойства обоих p-n переходов транзисторов двух типов?
- •Вопрос 2: Каковы отличия p-n переходов в двух типах транзисторов? лабораторная работа №21. Распределение тока в транзисторе и управляющий эффект тока базы
- •4.2.1. Общие сведения
- •4.2.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Лабораторная работа №22. Характеристики транзистора
- •4.3.1. Общие сведения
- •4.3.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения экспериментов
- •Лабораторная работа №24. Установка рабочей точки транзистора и исследование влияния резистора в цепи коллектора на коэффициент усиления по напряжению усилительного каскада с общим эмиттером
- •4.4.1. Общие сведения
- •4.4.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Какое влияние оказывает сопротивление в цепи коллектора на коэффициент усиления?
- •Вопрос 2: Какое влияние оказывает сопротивление в цепи коллектора на форму выходного напряжения? лабораторная работа №25. Усилители на биполярных транзисторах
- •4.5.1. Общие сведения
- •4.5.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Какой из трех усилителей имеет инвертирующий эффект?
- •Вопрос 2: в каких задачах свойства усилителя с общим коллектором имеют особое применение?
- •Вопрос 3: в каких отношениях усилитель с общей базой отличается от усилителя с общим эмиттером? лабораторная работа №26. Регулятор напряжения (линейный)
- •4.6.1. Общие сведения
- •4.6.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Какой элемент цепи (рис. 4.6.1) можно использовать для задания максимального выходного напряжения?
- •Вопрос 2: Из каких компонентов состоит линейный регулятор напряжения? лабораторная работа №27. Регулятор тока
- •4.7. Общие сведения
- •4.7.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Лабораторная работа №28. Униполярные (полевые) транзисторы. Испытание слоев и выпрямительного действия униполярных транзисторов
- •5.1.1. Общие сведения
- •5.1.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Когда p-n переходы полевого транзистора с каналом n-типа заперты?
- •Вопрос 2: Когда p-n переходы полевого транзистора с каналом p-типа заперты? Характеристика включения затвора полевого транзистора
- •5.2.1. Общие сведения
- •5.2.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Лабораторная работа №29. Управляющий эффект затвора полевого транзистора n-типа
- •5.3.1. Общие сведения
- •5.3.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Каков наклон характеристики s полевого транзистора, когда изменение напряжения затвор ¤ исток составляет 1,5 в, а соответствующее изменение тока стока равно 4,5 мА?
- •Вопрос 2: Когда полевой транзистор управляется без потерь мощности? лабораторная работа №30. Выходные характеристики полевого транзистора
- •5.4.1. Общие сведения
- •5.4.2. Экспериментальная часть Задание 1
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Задание 2
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Как ведет себя коэффициент усиления n при увеличении сопротивления нагрузки rн? лабораторная работа №31. Усилители на полевых транзисторах
- •5.5.1. Общие сведения
- •5.5.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Какой из трех усилителей имеет инвертирующий эффект?
- •Вопрос 2: Почему усилитель с общим стоком не имеет такой же значимости, что и усилитель с общим коллектором на биполярном транзисторе?
- •Вопрос 3: в каких отношениях усилитель с общим затвором отличается от усилителя с общим истоком? лабораторная работа №32. Тиристоры. Диодный тиристор (симистор)
- •6.1.1. Общие сведения
- •6.1.2. Экспериментальная часть Задание 1
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Задание 2
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Какова величина напряжения отпирания симистора (по рис. 6.1.5)?
- •Вопрос 2: Каковы величины дифференциального сопротивления симистора в запертом состоянии и отпертом состояниях при токе 2…3 мА?
- •Вопрос 3: Какие причины «заставляют» симистор вернуться к запертому состоянию?
- •Лабораторная работа №33. Триодный тиристор
- •6.2.1. Общие сведения
- •6.2.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Запирается ли отпертый тиристор, когда отключается напряжение цепи управляющий электрод ¤ катод?
- •Вопрос 5: Какие свойства проявляет тиристор, работая при измененной на противоположную полярности напряжений? лабораторная работа №34. Фазовое управление тиристора
- •6.3.1. Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Как изменяется ток нагрузки при увеличении угла отпирания тиристора? лабораторная работа №35. Операционные усилители. Инвертирующий усилитель
- •8.1.1. Общие сведения
- •8.1.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Какова полярность входного напряжения uвх инвертирующего усилителя по сравнению с выходным напряжением uвых?
- •Вопрос 2: Какие компоненты определяют коэффициент усиления инвертирующего усилителя?
- •Вопрос 4: Какое утверждение можно сделать относительно характеристики на рис. 8.1.4? лабораторная работа №36. Неинвертирующий усилитель
- •8.2.1. Общие сведения
- •8 Рис. 8.2.1. .2.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Какие компоненты усилителя определяют величину коэффициента усиления?
- •Вопрос 3: Какова полярность входного напряжения uвх в сравнении с выходным напряжением uвых? лабораторная работа №37. Операционный суммирующий усилитель
- •8.3.1. Общие сведения
- •8.3.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Как изменяется выходное напряжение при увеличении входных сопротивлений rвх1 и rвх2 от 1 кОм до 4,7 кОм и почему?
- •Вопрос 2: Какой тип цепи получается, когда использован только один вход усилителя?
- •Вопрос 3: Каково результирующее выходное напряжение, когда одно входное напряжение положительно, а другое отрицательно? лабораторная работа №38. Операционный дифференциальный усилитель
- •8.4.1. Общие сведения
- •8.4.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Когда получается удовлетворительное значение ослабления синфазного сигнала?
- •Вопрос 2: Какому типу цепи соответствует дифференциальный усилитель?
- •Вопрос 3: Какое значение выходного напряжения имеет место при равных сигналах на входах? лабораторная работа №39. Поведение операционного усилителя в динамике
- •8.5.1. Общие сведения
- •8.5.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Какова величина фазового сдвига между входным и выходным напряжениями в каждом из четырех усилителей и как зависит она от частоты?
- •Вопрос 2: Как и почему изменяется коэффициент усиления каждого из рассмотренных усилителей при изменении частоты?
1.8. Задание
Начертите эскиз наборной панели и на ней монтажную схему электрической цепи (рис 7) аналогично рис (3). Соберите простейшую электрическую цепь согласно схеме (рис 7), включив в нее два мультиметра в качестве амперметра. Путем измерений определите является ли ток одинаковым во всех точках цепи и убедитесь, что он равен нулю, когда цепь разомкнута или отключен источник.
Рис. 7. Простейшая электрическая цепь
Порядок выполнения эксперимента
Подайте постоянное напряжение 15 В к зажимам цепи (рис. 2.2 и определите, протекает ли ток и горит ли лампочка – при разомкнутой (с помощью выключателя) и замкнутой цепи.
Занесите данные измерений вместе с данными о состоянии лампочки в табл. 2.1.
Таблица 2.1
-
Выключатель
I1, мА
I2, мА
Лампа вкл.
Лампа выкл.
Замкнут
Разомкнут
Проверьте, будет ли протекать ток, когда источник напряжения отсоединен, а выключатель замкнут.
Лабораторная работа №2. Изучение электронных измерительных приборов
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1. Получить практические навыки использования электронных приборов: генератора, осциллографа, вольтметра.
2. Освоить способы определения параметров синусоидального напряжения с помощью электронного осциллографа.
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Электронно-лучевой осциллограф.
Электронно-лучевой осциллограф (ЭЛО) является универсальным измерительным прибором. С его помощью можно визуально наблюдать и регистрировать изменяющиеся во времени сигналы. Он используется для измерения амплитуды, периода и частоты напряжения, угла сдвига фаз между напряжениями и других физических величин, преобразованных в электрические сигналы.
У прощённая структурная схема универсального осциллографа представлена на рис.1. он состоит из электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и двух каналов управления лучом: канала Y и канала X. В канал Y входят аттенюатор Y и усилитель Y. В канал X входят: устройство запуска развёртки, генератор развёртки, аттенюатор X и усилитель X.
Основным узлом осциллографа является электронно-лучевая трубка, представляющая собой стеклянную колбу с высоким вакуумом, внутри которой жёстко закреплены электронная пушка и две пары взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин: пластины Y и X.
Электронная пушка служит для создания узкого пучка электронов – электронного луча. В её состав входят: подогреваемый катод К, управляющий электрод (модулятор) М и два анода А1 и А2. Первый анод служит для фокусировки луча, второй – для ускорения электронов луча. Электронный луч образует на экране ЭЛТ светящуюся точку.
Пластины Y служат для отклонения луча по вертикали, на них подаётся исследуемое напряжение U(t) по каналу Y. Пластины X служат для отклонения луча по горизонтали, на них подаётся напряжение развёртки UX(t).
При работе осциллографа с внутренней развёрткой на пластины X от генератора развёртки подаётся пилообразное напряжение, возвращающее по линейному закону. Под воздействием его электронный луч отклоняется и светящаяся точка перемещается по экрану в горизонтальном направлении с постоянной скоростью.
При работе осциллографа с внешней развёрткой напряжение развёртки подаётся через вход X от внешнего источника.
Аттенюаторы служат для ослабления больших сигналов, а усилители для усиления малых сигналов.
Генератор синусоидальных колебаний.
Г енераторы синусоидальных колебаний являются источниками электрических колебаний, форма которых заранее известна, а частота, напряжение (или мощность) и некоторые другие параметры сигналов могут регулироваться в определённых пределах. Такие генераторы бывают низкочастотные и высокочастотные. Низкочастотные генераторы охватывают диапазон частот в пределах от долей герца до 200 кГц. Структурная схема низкочастотного генератора приведена на рис.2.
Задающий генератор вырабатывает синусоидальный сигнал, частоту которого можно регулировать дискретно («множитель частоты») и плавно. Усилитель состоит усилителя напряжения и усилителя мощности. Выходное устройство предназначено для создания на нагрузке заданного напряжения (мощности), а также для согласования выходного сопротивления генератора с сопротивлением нагрузки. Выходное устройство состоит из делителя напряжения (аттенюатора) и согласующего трансформатора.
В данной работе рассматривается применение осциллографа для определения по осциллограмме амплитуды и периода синусоидального напряжения, получаемого от генератора. Для решения этой задачи на вход Y подаётся исследуемое напряжение U(t), которое после преобразования в канале Y поступает на пластины Y. На пластины X подаётся линейно изменяющееся напряжение UX(t) от генератора развёртки через усилитель X. Переключатель выбора развёртки при этом должен быть поставлен в положение «Внутренняя развёртка». При решении данной задачи принято использовать внутреннюю синхронизацию генератора развёртки, а поэтому переключатель S1 включается на канал Y, т.е. в положение «Внутренняя синхронизация».
В данном опыте на электронный луч действуют две электростатические силы FX и FY. Сила FX направлена вдоль оси Х и отклоняет луч с постоянной скоростью VX. Сила FY направлена вдоль оси Y и изменяется по закону синуса: FY = FYmsint.Под воздействием такого рода сил электронный луч будет перемещаться по поверхности экрана по синусоидальной кривой (рис.3).
Амплитуда Um и период Т исследуемого напряжения определяются по формулам Um = SYCY; T = SXCX, где SY и SX – расстояния, равные амплитуде и периоду синусоиды, полученной на экране; CY и CX – цены делений сетки экрана вдоль осей Y и X при данном положении переключателей усиления Y (Вольт/дел) и длительность развёртки (Время/дел) соответственно.
Для синусоиды, представленной на рис.3, SY = 1,7 дел, SX = 7,3 дел. Допустим, что при этом переключатель «Вольт/дел» установлен в положение 2 В/дел (CY = 2 В/дел), а переключатель «Время/дел» установлен в положение 10 мс/дел (CX = 10 мс/дел), тогда Um = 1,72 = 3,4 В, Т = 7,31010-3 = 0,073 с.
Действующее значение U, частота f и угловая частота этого напряжения будут равны:
Уравнение мгновенного значения этого напряжения ( при u = 0) , будет иметь следующий вид: U(t) = 3,4sin87,9t В.
ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектами и средствами исследования в данной работе являются электронные измерительные и задающие приборы: генератор синусоидальных колебаний и электронно-лучевой осциллограф.
В качестве генераторов в лабораториях кафедры используются генераторы типа ГЗ-36, ГЗ-33, ГЗ-109, ГЗ-56/1. Эти генераторы имеют следующие технические характеристики: диапазон изменения частот 20 Гц – 200 кГц, выходное напряжение 0,3 мВ – 30 В, погрешность установки частоты 3%.
В качестве осциллографа используются однолучевые осциллографы типа С1-72, С1-65, С1-67, С1-49. Они имеют следующие технические характеристики: полоса пропускания 0-1 МГц, максимальная чувствительность 2000 мм/В (калибровочный коэффициент 1/2000 В/м = 0,005 В/дел), длительность развёртки 01 мкс/дел – 2 с/дел, погрешность измерения 10%, входное сопротивление 1МОм.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
Включить электронные приборы: осциллограф, генератор и вольтметр с помощью выключателей «Сеть» и дать им прогреться в течении 2-3 мин.
Ознакомиться с ручками управления на лицевых панелях электронных приборов и получить на экране осциллографа изображение прямой горизонтальной линии.
Осуществить с использованием осциллографа измерение параметров синусоидального напряжения, получаемого с генератора.
Подключить к выходным клеммам генератора вход Y осциллографа и электронный вольтметр согласно схеме на рис.4 (прил.).
Для выполнения опыта 1 установить на генераторе одну из комбинаций указанных в табл.1 (прил.) значений частоты fr и напряжения Ur выходного сигнала, используя ручки управления, лимб частоты и стрелочный индикатор напряжения. Значения Ur и fr записать в табл.2 (прил.).
Осуществить настройку осциллографа для получения на экране устойчивого изображения 2-3 периодов синусоиды. При этом центральные ручки плавной регулировки длительности развёртки («Время/дел») и усиления («Вольт/дел») должны быть повёрнуты до отказа вправо.
Используя сетку экрана, определить расстояния SY и SX, соответствующие амплитуде и периоду синусоиды. По положениям ручек переключателей (ступенчатой регулировки) усиления Y (Вольт/дел) и длительности развёртки (Время/дел) определить цены делений сетки экрана СY и СХ вдоль осей Y и Х. Значения SY, SX, СY, СХ записать в табл.2 (прил.).
Выбрав необходимый предел измерения, снять показания вольтметра UВ и записать их в табл.2 (прил.).
Вычислить амплитудное значение Um, период Т, частоту f = 1/T, угловую частоту = 2f и действующее значение U = Um/ измеряемого сигнала. Результаты записать в табл.2 (прил.)
Выполнить опыты 2-4 по аналогии с опытом 1 (пп.3.2. – 3.6.) для трёх других возможных комбинаций Ur и fr из табл.1 (прил.).
Для одного из опытов составить уравнение мгновенного значения U(t) при условии, что u = 0.
Согласовать результаты с преподавателем, после чего отключить все приборы и разобрать электрическую цепь.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
Из каких основных частей состоит упрощённая структурная схема осциллографа?
Как устроена и из каких частей состоит электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) осциллографа?
Из каких частей состоит электронная пушка и для чего она служит?
Сколько отклоняющихся пластин имеет ЭЛТ и для чего они используются?
Из каких основных частей состоит канал Y и каково его основное назначение?
Для чего служит аттенюатор?
Из каких основных частей состоит канал X и каково его основное назначение?
По какому закону изменяется выходное напряжение генератора разведки?
При исследовании синусоидального напряжения по какому закону должно изменяться развёртывающее напряжение для получения синусоидальной осциллограммы?
На какие электроды подаётся развёртывающее напряжение?
Приложение
ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ
к лабораторной работе №1 «Изучение
электронных измерительных приборов»
Таблица 1 Таблица 2
Номер бриг. |
fr, Гц |
Ur, В |
|
Параметры |
Номер опыта |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
|||||
1 |
28 5800 |
0,36 2,80 |
Ur, B |
|
|
|
|
|
2 |
42 3400 |
0,52 1,40 |
fr, Гц |
|
|
|
|
|
3 |
56 24000 |
0,12 1,90 |
SY, дел |
|
|
|
|
|
4 |
84 185000 |
0,18 2,20 |
СY, B/дел |
|
|
|
|
|
5 |
125 95000 |
0,24 1,10 |
Um, B |
|
|
|
|
|
6 |
360 85000 |
0,33 1,60 |
SX, дел |
|
|
|
|
|
7 |
525 155000 |
0,48 2,25 |
СХ, с/дел |
|
|
|
|
|
8 |
880 195000 |
0,15 1,20 |
Т, с |
|
|
|
|
|
9 |
980 110000 |
0,30 1,80 |
f, Гц |
|
|
|
|
|
10 |
100 150000 |
0,60 2,60 |
, рад/с |
|
|
|
|
|
11 |
200 150000 |
0,10 1,30 |
U, B |
|
|
|
|
|
12 |
150 130000 |
0,50 2,40 |
UB, B |
|
|
|
|
Для опыта № U(t) =
Группа _____________ Студент ___________________ Дата___________
Преподаватель _______________