Министерство образования и науки РФ

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт кибернетики

Кафедра Автоматики и компьютерных систем

Специальность «Информатика и вычислительная техника»

« ОЗНАКОМЛЕНИЕ С РАБОТОЙ В ПРОГРАММНО-АППАРАТНОЙ СРЕДЕ NI ELVIS »

Отчет по лабораторной работе №1
по дисциплине «Электроника»

Выполнила:

Студент группы 8В94 _____________________ Анисимова Д.А

Проверил:

Старший преподаватель

кафедры КИСМ _____________________ Силушкин С.В.

Томск 2011

Цель работы.

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

Задачи работы:

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

· ознакомиться с инструкцией по охране труда в лабораториях кафедры КИСМ;

· подготовиться и практически освоить предложенную программу работ по аналоговой электронике и защитить ее.

Ход работы.

1. Выполнение измерений параметров различных электронных компонентов.

1.1 Измерение с помощью DMM значений сопротивлений R1, R3, R4:

R1 = 2,204 кОм(номинал 2,2 кОм),

R3 = 19,93 кОм(номинал 20 кОм),

R4 = 99,8 кОм(номинал 100 кОм).

1.2 Измерение с помощью DMM значений конденсаторов С1 и С10:

С1 = 996,670 нФ(номинал 1,0мкФ),

С10 = 46,653 нФ(номинал 47нФ).

Отклонение измеренных величин от номинальных значений обусловлена погрешностью измерений и погрешностью при производстве элементов (элементы не строго соответствуют заявленным номиналам)

2. Получение вольт-амперных характеристик (ВАХ) двухполюсников.

Снятие ВАХ осуществляется с помощью анализатора ВАХ двухполюсников (Two Wire Current Voltage Analyzers).

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

2.1 Получение ВАХ резистора R1

R = U / I

График в виде прямой, так как зависимость между сопротивлением, силой тока и напряжением – линейная согласно закону Ома (напряжение прямо пропорционально току на резисторе)

.

2.2 Получение ВАХ диода VD1 – кремниевого точечного диода

При прямом включении

При обратном включении

Полученный график совпадает с теоретическим. ВАХ электронно-дырочного перехода определяется соотношением

I=I_о(еU/(mjт)-1),

где I_о — обратный ток насыщения (ток экстракции, обусловленный неосновными носителями заряда; значение его очень мало); U — напряжение на p-n-переходе; jт = kT/e — температурный потенциал (k — постоянная Больцмана, Т — температура, е — заряд электрона); m — поправочный коэффициент: m = 1 для германиевых р-n-переходов и m = 2 для кремниевых p-n-переходов при малом токе).

2.3 Получение ВАХ диода VD2 – диода Шоттки

При прямом включении

При обратном включении

Диоды Шоттки используют переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки, поэтому подъем линии ВАХ начинается в районе 0,2..0,3В. Ток в барьере Шоттки обусловлен основными носителями заряда - электронами. По этой причине диоды на основе барьера Шоттки являются быстродействующими приборами, поскольку в них отсутствуют рекомбинационные и диффузионные процессы.

2.4 Получение ВАХ диода VD3 – стабилитрона

При обратном включении

На обратной ветви вах стабилитрона можно проследить участок стабилизации и соответственно получить рабочие значения стабилитрона, прямая ветвь стабилитрона показывает, что в случае необходимости, при соответствующем подключении можно использовать как диод.

3 Получение ВАХ четырехполюсника

3.1 получение выходных ВАХ биполярного транзистора

Рис. 2 Схема эксперимента для снятия выходных ВАХ

транзистора

Маломощный биполярный транзистор n-p-n типа по схеме включения с общим эмиттером. Полученные характеристики соответствуют теоретическим. Т.к. ВАХ транзистора представляют собой нелинейные зависимости I от U, то расчет устройств транзистора связан с расчетом нелинейных уравнений.

3.3 получение выходных ВАХ биполярного транзистора

Рис. 3 Схема эксперимента для снятия входных ВАХ

транзистора а) при Uкэ=0В; б) при Uкэ=+5В.

При Uкэ = 0В биполярный транзистор ведет себя как обычный p-n переход. Входная ВАХ транзистора при Uкэ=+5 В лежит левее ветви Uкэ=0 В, что соответствует теоретическим данным. Можно наблюдать в выходной характеристике при Uкэ=+5 В отрицательные значения тока, но ими можно пренебречь так, как они слишком малы. Отличие этих ВАХ состоит в том, что при Uкэ=+5 В ток начинает увеличиваться позже и быстрее, чем при Uкэ = 0В.

4 Исследование схемы делителя напряжения постоянного тока

С помощью Digital Multimeter (цифрового мультиметра) были измерены входное U_вх и выходное U_вых напряжения делителя.

U_вх = 5.125В; U_вых =4.138В.

Теоретическое значение для U_вых:

U_{вых. теор.} = (5В/120кОм)*100кОм = 4.166 В

Полученное значение U_вых = 4,16В практически не отличается от реального, что подтверждает правильность аналитических расчетов и дает возможность использовать их для расчета.

4.2 Схема делителя напряжения с изменяемым значением выходного напряжения засчет изменения входного напряжения:

Входное напряжение изменялось от 0 до +12 В.

Uвх, В	Uвых, В	Коэффициент Передачи
	0,038
	1,580	0.79
	3,193	7.798
	4,809	0.8
	6,421	0.801
	8,037	0.803
	9,652	0.804

Коэффициент передачи делителя остается примерно одинаковым(0,799) при изменении напряжения на входе, что подтверждает прямую зависимость напряжения на выходе от напряжения на входе.

4.3 Схема делителя напряжения с изменяемым значением выходного напряжения засчет использования переменного сопротивления:

Для изменения значения выходного напряжения соберем схему делителя напряжения с переменным сопротивлением R22.

Данное сопротивление позволяет изменить выходное напряжение в пределах от 2.715В (при R22 = 0 Ом) до 5.121В (при R22 максимальном), а коэффициент передачи изменяется в интервале 0.53 – 1.

Uвх, В	Uвых, В	Коэффициент передачи
5,125	5,121
	4,410	0.86
	3,888	0.76
	3,422	0.667
	2,715	0.53

Таким образом, вращая ручку потенциометра, можно проследить зависимость выходного напряжения от сопротивлений делителя. При уменьшении сопротивления R22 коэффициент передачи делителя приближается к 1, а входное и выходное напряжения становятся равными.

5 Проверка последовательной RC- цепи с помощью функционального генератора и осциллографа:

Расчет частоты среза CR-цепи:

F_ср = 1/(6.28*R*C) = 1539 Гц.

При F = F_ср:

U_вх = 913 мВ, U_вых = 614 мВ

Коэффициент передачи k = 0.67

Фазовый сдвиг между сигналами А и В равен:

Δφ = 0.24π

Полученное значение фазового сдвига хорошо согласуется с известным теоретическим значением для цепи первого порядка (π/4).

Уменьшим частоту ниже F_ср:

F = 1000 Гц.

U_вх = 920 мВ, U_вых = 470 мВ

Коэффициент передачи k = 0.51

Фазовый сдвиг между сигналами А и В равен:

Δφ = 0.27π

Из полученных значений видно, что при уменьшении частоты по отношению к частоте среза фазовый сдвиг постепенно увеличивается, а коэффициент передачи уменьшается.

Увеличим частоту выше F_ср:

F = 2000 Гц.

U_вх = 913 мВ, U_вых = 689 мВ

Коэффициент передачи k = 0.75

Фазовый сдвиг между сигналами А и В равен:

Δφ = 0.21π

Частота среза - частота, выше или ниже которой мощность выходного сигнала электронной схемы уменьшается вполовину от мощности в полосе пропускания.

Полоса пропускания - диапазон частот, в пределах которого АЧХ достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного искажения его формы.

6 АЧХ/ФЧХ RC-цепи

Установив необходимые параметры для Bode Analyzer, и сделав некоторые изменения в исследуемой схеме(Рис.13.):

Рис.4. Исследуемая схема

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) или амплитудный отклик – это зависимость коэффициента усиления схемы, выраженного в децибелах, от десятичного логарифма частоты.

Фазово-частотная характеристика (ФЧХ) или фазовый отклик – это зависимость разности фаз между входными и выходными сигналами от десятичного логарифма частоты.С увеличением частоты увеличиваются амплитудные значения RC-цепи, а сдвиг фазы уменьшается.

Вывод:

В данной работе были приобретены первоначальные навыки выполнения лабораторных работ по аналоговой электронике в программно-аппаратной среде NI ELVIS.

Были получены и проанализированы ВАХ кремниевого диода, диода Шоттки, кремниевого стабилитрона, биполярного транзистора и других различных элементов.

Дата добавления: 2015-10-21