Знакомство с косвенным методом измерения индуктивности.

Используя резистор с сопротивлением 1 кОм, поставьте эксперимент с катушкой индуктивности L 1 таким образом, чтобы по результатам измерения параметров полученной схемы можно было рассчитать значение индуктивности. При этом можно использовать как генератор гармонических, так и генератор прямоугольных сигналов.
В первом случае можно воспользоваться понятием индуктивного сопротивления и в цепи из резистора с известным сопротивлением и катушкой измерить коэффициент передачи и рассчитать при известной частоте индуктивность катушки. Во втором случае при импульсном воздействии можно измерить постоянную времени той же цепи и рассчитать индуктивность.

 

Работаскомпьютером

3. Изучение особенностей поведения RC -цепей.

3.1. Соберите модель интегрирующей RC -цепи с параметрами, предложенными в табл. 7.1, и подключите ее к модели генератора импульсов с амплитудой 5 В. Выберите частоту генератора такую, чтобы период импульсов был более 6τ и измерьте постоянную времени цепи. Сравните с расчетной постоянной времени. В отчет поместите схему и осциллограммы сигналов.

3.2. Через модель тумблера подключите к выходу цепи резистор нагрузки, равный 2 R 1. Наблюдайте поведение цепи при воздействии импульсов с большим периодом и изменение АЧХ при коммутации нагрузки. Объясните поведение схемы. Как меняется постоянная времени и граничная частота при коммутации? Предложите формулу для расчета постоянной времени нагруженной интегрирующей цепи.

3.3. Подключите к конденсатору вольтметр постоянного тока. Увеличьте частоту подаваемых на интегрирующую цепь импульсов
в пять раз. Наблюдайте поведение выходного сигнала, контролируя осциллограмму и показания вольтметра. Можно заметить, что выходной сигнал колеблется вблизи уровня 0,5 E при условии, что длительность импульса равна половине периода. Показания вольтметра также прыгают вблизи упомянутого уровня. Увеличьте частоту входных импульсов еще в пять раз. Можно заметить, что показания вольтметра практически не меняются и равны 0,5 E. Амплитуда колебаний напряжения на конденсаторе оказывается малой, поэтому можно считать выходное напряжение постоянным. Измените скважность импульсов на входе. Показания вольтметра изменятся. Найдите зависимость выходного напряжения интегрирующей цепи от длительности импульсов T _и при постоянной частоте и постоянном периоде T и от амплитуды E входных импульсов.

 

4. Анализ схем формирования импульсов с использованием RC -цепей.

Проанализируйте поведение предложенных на рис. 7.3 схем, постройте для каждой схемы временные диаграммы работы, измерьте представляющие интерес временные интервалы (длительности формируемых импульсов, времена задержки) и объясните работу схем. При этом считаем, что порог срабатывания или пороговое напряжение используемых логических элементов равно полусумме уровней логического нуля и логической единицы. Входные токи элементов не учитываем.

 

                   а)                                                                  б)

 

                                 в)                                           г)

 

                              д)                                    е)

 

Рис. 7.3. Схемы формирования импульсов

Контрольные вопросы

 

1. Предложите схемы интегрирующих RC - и RL - цепей и формулы расчета их постоянных времени. Изобразите реакцию этих цепей на прямоугольные импульсы и объясните, как измерить постоянную времени, время задержки сигнала и длительности фронтов.

2. Предложите формулу расчета выходного сигнала интегрирующей цепи при воздействии на ее вход прямоугольного импульса с амплитудой E. Учитывая, что длительности фронтов измеряются на уровнях 0,1 E и 0,9 E, выведите формулы расчета длительностей фронтов выходного сигнала интегрирующей цепи.

3. Предположим, что на интегрирующую цепь действует в течение длительного времени серия импульсов с уровнями логического нуля (U ⁰ > 0 В) и логической единицы (U ¹ = U ⁰ + E). Изобразите идеализированный входной и выходной сигналы интегрирующей цепи, если справедливо неравенство: T > 6t, где T - период входных импульсов, t - постоянная времени интегрирующей цепи.

4. Для входного сигнала, поведение которого описано в предыдущем пункте, изобразите идеализированный входной и выходной сигналы интегрирующей цепи, если справедливо неравенство: t >> T, где T - период входных импульсов, t- постоянная времени интегрирующей цепи. При этом определите поведение цепи для трех значений скважности входных импульсов: S = 2, S = 4, S = 4/3.

5. Для входного сигнала, уровни нуля и единицы которого определены п. 3, постройте поведение выходного сигнала дифференцирующей цепи при разных соотношениях постоянной времени цепи, периода следования импульсов и скважности. Объясните результаты построения.

6. Предложите схему устройства преобразования положительного напряжения в отрицательное без применения трансформатора.

7. Предложите схему формирования кратковременного импульса сброса устройства в исходное состояние при включении питания.
В данном случае и при ответах на последующие вопросы предполагается применение при необходимости, кроме RC - или RL -цепей, логических элементов с требуемыми логическими функциями.

8. Предложите схему удлинения продолжительности входного импульса.

9. Предложите схему, которая формирует кратковременный импульс по спадающему фронту входного импульса.

10. Предложите схему, которая формирует положительные кратковременные импульсы по каждому фронту входного сигнала. Обратите внимание на то, что частота выходных импульсов в этом случае выше входной частоты в два раза, если предположить скважность входных сигналов равной двум.

11. Предложите схему, которая формирует положительные кратковременные импульсы по каждому фронту входного сигнала, но при условии, что при нарастающем фронте входного сигнала формируется импульс с длительностью примерно в два раза меньше, чем при спадающем фронте.

12. Предложите схему интегрирующей цепи, у которой постоянная времени зависит от поступающего на вход фронта сигнала. При этом возможно применение диодов.

13. Объясните амплитудно-частотные характеристики интегрирующих и дифференцирующих цепей.

 

 

Лабораторная работа № 8

Изучение свойств и области возможных
применений полупроводниковых диодов

 

Цель работы: изучение некоторых статических и динамических свойств и возможных применений полупроводниковых диодов.

 

 

Общие сведения

 

Полупроводниковый диод использует свойства pn -перехода пропускать электрический ток только в одном направлении. Направление возможного тока указывается в условном обозначении диода направлением стрелки. Идеальный диод должен обладать нулевым сопротивлением, а, следовательно, и нулевым падением напряжения на нем под действием прямого тока. Реальный диод при прямом смещении характеризуется величиной максимального падения напряжения и максимальной допустимой величиной прямого тока. При выполнении приближенных вычислений можно считать, что для диодов, выполненных из кремния, прямое падение напряжения равно (0,7–0,8)В, а для германиевых диодов прямое падение напряжения равно (0,3–0,4)В. Прямое падение напряжения мало зависит от величины прямого тока (если только ток не близок к нулю). Идеальный диод должен обладать бесконечно большим сопротивлением при обратном смещении. Часто у реальных диодов можно пренебречь величиной обратного тока. Вольт-амперная характеристика диода, т.е. зависимость тока через диод от напряжения, хорошо описывается выражением

I _д = I ₀(e^{u φ} – 1),                                 (8.1)

где I _д – ток через диод; I ₀ – тепловой ток диода; u - приложенное к диоду напряжение; φ ≈ 26 мВ (тепловой потенциал). Предполагается, что при прямом смещении напряжение на диоде u положительно, а при обратном – отрицательно.

В зависимости от исполнения и выбранных материалов диоды приобретают дополнительные свойства.

Существуют светодиоды, особенностью которых является генерация видимого или невидимого светового излучения. Особенностью этих диодов является повышенное прямое падение напряжения и допустимый диапазон тока, в котором наблюдается свечение диода. Для ограничения тока через светодиод используют последовательно включенные резисторы. При заданном внешнем напряжении E легко рассчитать сопротивление резистора R, если известны (из справочника, например) прямое падение напряжения U _пр и требуемый ток I _пр:

R = (E – U _пр) / I _пр.                               (8.2)

Особенностью стабилитронов является то, что при обратном смещении они стабилизируют падение напряжения на них благодаря явлению электрического пробоя pn -перехода, но при этом необходимо предусмотреть ограничение тока через диод с помощью, например, резистора. Сопротивление резистора R при известном входном напряжении E, суммарном токе через нагрузку и диод, равном I _Σ = I _н + I _д, и напряжении стабилизации U _cт рассчитывается из выражения

R = (E – U _cт)/ I _Σ.                                 (8.3)

 

 

Порядок выполнения работы

Работасостендом