- •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?
Лабораторная работа №5. Нелинейные преобразователи электрических сигналов.Иисследование параллельных диодных ограничителей.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ.
Целью работы является изучение методов построения и принципов работы схем параллельных диодных ограничителей. Исследование влияния элементов параллельных диодных ограничителей на форму и параметры выходного сигнала.
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Ограничителем называют нелинейный четырехполюсник, выходное напряжение которого остается на постоянном уровне, если входное напряжение выходит за переделы ограничения. Если входное напряжение не выходит за пределы ограничения, то выходное напряжение повторяет форму входного. Диодные ограничители применяют для формирования импульсов из сигналов произвольной формы, в том числе и из синусоидального сигнала.
Диодные ограничители параллельного типа характеризуются тем, что ограничивающие диоды включают параллельно нагрузке. Полярность управляющего напряжения такова, что оно стремится закрыть диод. Ограничение происходит в моменты времени, когда диод открыт, т. е. прямое сопротивление диода Rпр мало и изменение тока практически не меняет падения напряжения на нем. Все приращения входного напряжения, вызывающие изменения тока в цепи падает на резисторе R0, который иногда называют балластным. Наличие R0 обязательно для схем с включением нелинейного элемента параллельно с нагрузкой. Рассмотрим, например, параллельный диодный ограничитель, приведенный на рис 1.
Рис 1. Диодный ограничитель сверху.
Если величина входного сигнала будет меньше напряжения управления, то диод будет находиться в закрытом состоянии и не будет влиять на передачу сигнала, т.е. напряжение на нагрузке будет повторять форму входного сигнала eвх. В момент времени, когда eвх будет превышать Еу, диод будет открыт. При этом напряжение на последовательном соединении диода и источника управляющего напряжения будет фиксировано на уровне Еу. На таком же уровне будет находиться и напряжение на нагрузке, т.е. в сигнале на нагрузке будет срезана верхняя часть синусоиды. Такое ограничение называют ограничением сверху.
Рис 2. Графики напряжения входного напряжения
источника и выходного напряжения ограничителя.
Коэффициент передачи в область ограничения:
, (1)
где ; Rпр - прямое сопротивление открытого диода;
Rн - сопротивление нагрузки.
При закрытом состоянии диода:
, (2)
где ; Rобр - обратное сопротивление закрытого диода.
Чтобы приблизить коэффициент передачи в режиме ограничения к нулю, а в режиме пропускания - к единице, параметры элементов параллельного ограничителя необходимо выбрать из условий: Rн>>R0>>Rпр, Rн<<Rобр. Передаточная характеристика приведена на рис 3.
Рис 3. Передаточная характеристика ограничителя
Аналогично можно получить ограничение снизу, если поменять полярности включения диода VD и источника управляющего напряжения Еу.
Чтобы реализовать двухсторонний ограничитель (рис 4), включают еще одну цепь, параллельную нагрузке.
Рис 4. Двухсторонний параллельный диодный ограничитель.
Диод VD2 будет закрыт тогда, когда величина eвх превышает Еу2, при этом диод VD2 не будет влиять на Uвых. В те моменты времени, когда eвх становится меньше Еу2, диод VD2 откроется и напряжение на нагрузке фиксируется на отрицательном уровне Еу2. В результате на нагрузке получим разнополярную последовательность трапецеидальных импульсов eвх (рис 5).
Чем больше амплитуда входного сигнала, тем короче будет длительность фронтов и тем ближе будет форма импульсов в прямоугольной.
При необходимости получить импульсы одной полярности, величину Еу1 или Еу2 выбирают равной нулю. При Еу2=0 можно получить однополярную последовательность положительных импульсов. Если поменять полярность напряжения Еу2, то в отрицательной полупериод входного сигнала напряжение на нагрузке будет фиксироваться на положительном уровне, равном Еу2. Измененное по знаку Еу2 не должно превышать величину Еу1, т.к. в противном случае это приведет к открыванию обоих диодов и источники Еу1 и Еу2 окажутся короткозамкнуты.
Рис 5. Графики напряжений входного и выходного сигналов
двухстороннего параллельного ограничителя.
В тех случаях, когда не требуется регулировать величину Еу, вместо цепи диод-источник напряжения включают стабилитрон. Если Еу1=Еу2, то можно включить двухсторонний стабилитрон.
ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ.
1. Начертите схемы для исследования параллельных диодных ограничителей сверху и снизу при использовании стабилитрона.
2. Рассчитать коэффициенты передачи этих схем с учетом источника управляющего напряжения Еу.
3 Построить передаточные характеристики исследуемых диодных ограничителей.
4. Построить графики входного и выходного напряжений для трех значений управляющего напряжения Еу<0, Еу=0, Еу>0. Определить моменты времени включения и отключения диода (стабилитрона).
ПРОГРАММА РАБОТЫ.
1. Собрать электрическую схему параллельного диодного ограничителя с ограничением сверху.
Указание. Элементы диодного ограничителя взять из панели нелинейных элементов лабораторного универсального стенда. Источником входного сигнала служит генератор, размещенный на стенде, источником постоянного напряжения управления является регулируемый стабилизатор, расположенный на плате источников питания.
2. Снять осциллограммы входного напряжения, напряжения на диоде и выходных импульсов при различных напряжениях управляющего сигнала Еу=0, Еу<0, Еу>0.
Указание. Частоту звукового генератора установить в диапазоне (1-10) кГц, амплитуду - (1020) В. Масштаб напряжений mU при данном (фиксированном) усилении по оси у осциллографа определить по выбранному и измеренному вольтметром напряжению источника управления диодного ограничителя.
Масштаб времени mt по оси x осциллографа определить по частоте звукового генератора.
3. На всех осциллограммах провести оси координат и обозначить масштабы напряжения и времени.
Указание. Для определения положения оси времени закоротить вход осциллографа, отсоединив его от исследуемой цепи.
4. Определить по осциллограммам моменты времени включения и отключения диода (стабилитрона) и сравнить их с расчетными.
5. Повторить пункты 1-4 для параллельного диодного ограничителя снизу.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.
Отчет должен содержать цель работы, схемы экспериментов, расчет коэффициентов передачи и моменты времени включения и отключения диодов, осциллограммы, выводы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
Каково отличие параллельных диодных ограничителей от последовательных?
Какие типы параллельных диодных ограничителей вы знаете?
Как определить коэффициент передачи диодного ограничителя?
Как определить моменты времени включения и отключения диода в параллельном ограничителе?
Как выбрать сопротивление нагрузки параллельного ограничителя?
Можно ли получить при помощи двухстороннего ограничителя однополярные импульсы с уровнями ограничения не равными нулю?
Можно ли использовать стабилитрон в параллельном диодном ограничителе?
Как построить двухсторонний ограничитель, не используя источники напряжения управления?
Расскажите принцип работы параллельного двухстороннего диодного ограничителя.
Могут ли быть уровни ограничения в двухстороннем ограничителе одинакового знака? Приведите схему такого ограничителя.
Для чего служит балластное сопротивление параллельного диодного ограничителя?
Какая опасность существует при выборе напряжений управления Еу1 и Еу2 одинакового знака в двухстороннем ограничителе? [1, пар. 6.7; 2, пар. 9.1; 3, пар. 3.4]