Методические указания к лабораторному практикуму. В 2 ч. Ч. 1 / С. А. Сильвашко. – Оренбург : ИПК ГОУ ОГУ, 2009. – 72 с.

Информационно-

Измерительная техника

И электроника

 

 

Методические указания

к лабораторному практикуму

 

Часть 1

 

Оренбург 2009

 

УДК 621.31: 621.38(07)

ББК 31.2 + 32.85я7

С 36

 

 

Рецензент

доктор технических наук, профессор В. Н. Булатов

 

Сильвашко, С. А.

С 36   Информационно-измерительная техника и электроника:

Методические указания к лабораторному практикуму. В 2 ч. Ч. 1 / С. А. Сильвашко. – Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2009. – 72 с.

 

Лабораторный практикум состоит из 10 лабораторных работ по исследованию элементов и узлов информационно-измерительных систем, а также методов измерения электрических величин в цепях постоянного и переменного тока. Каждая работа включает краткое изложение теоретического материала, задание для подготовки к работе, описание методики проведения опытов и контрольные вопросы.

Часть 1 методических указаний предназначена для выполнения лабораторных работ в первом семестре обучения по дисциплине «Информационно-измерительная техника и электроника» студентами, обучающимися по программам высшего профессионального образования по специальностям 140204 и 140211.

 

УДК 621.31: 621.38(07)

ББК 31.2 + 32.85я7

 

 

Ó Сильвашко С. А., 2009

Ó ГОУ ОГУ, 2009

Содержание

 

1 Общие сведения. 5

2 Основные сведения о программе Electronics Workbench. 6

2.1 Интерфейс программы.. 6

2.2 Сборка схемы.. 7

2.3 Измерительные приборы.. 10

2.4 Производство измерений. 14

3 Лабораторная работа № 1. Исследование характеристик

полупроводниковых приборов. 15

3.1 Краткие сведения из теории. 15

3.1.1 Полупроводниковые диоды.. 15

3.1.2 Биполярные транзисторы.. 18

3.2 Подготовка к работе. 20

3.3 Задание на проведение исследований. 20

3.4 Порядок проведения исследований. 21

3.5 Примерный перечень контрольных вопросов. 25

3.6 Варианты исходных данных. 26

4 Лабораторная работа № 2. Исследование резисторного усилительного

каскада………………………...………………………………………………….…27

4.1 Краткие сведения из теории. 27

4.2 Подготовка к работе. 34

4.3 Задание на проведение исследований. 35

4.4 Порядок проведения исследований. 35

4.5 Примерный перечень контрольных вопросов. 38

4.6 Варианты исходных данных. 39

5 Лабораторная работа № 3. Исследование преобразователей аналоговых сигналов на операционных усилителях. 40

5.1 Краткие сведения из теории. 40

5.2 Подготовка к работе. 49

5.3 Задание на проведение исследований. 49

5.4 Порядок проведения экспериментов. 50

5.5 Примерный перечень контрольных вопросов. 53

5.6 Варианты исходных данных. 54

6 Лабораторная работа № 4. Исследование логических элементов. 55

6.1 Краткие сведения из теории. 55

6.2 Подготовка к работе. 59

6.3 Задание на проведение исследований. 59

6.4 Порядок проведения исследований. 59

6.5 Примерный перечень контрольных вопросов. 61

6.6 Варианты исходных данных. 62

7 Лабораторная работа № 5. Исследование последовательностных логических устройств. 63

7.1 Краткие сведения из теории. 63

7.2 Подготовка к работе. 67

7.3 Задание на проведение исследований. 67

7.4 Порядок проведения исследований. 67

7.5 Примерный перечень контрольных вопросов. 70

7.6 Варианты исходных данных. 71

Приложение А Пример заполнения титульного листа отчета…………………..72

 

Общие сведения

 

Целью лабораторного практикума по курсу «Информационно-измерительная техника и электроника» является закрепление знаний по основам аналоговой и цифровой электроники, методам измерения электрических величин в цепях постоянного и переменного тока, а также приобретение навыков экспериментального определения основных параметров элементов и узлов информационно-измерительных систем. В течение двух семестров обучения по курсу «Информационно-измерительная техника и электроника» рабочей программой предусмотрено выполнение десяти лабораторных работ (по пять в каждом семестре).

Все лабораторные работы выполняются в среде компьютерной программы моделирования электрических и электронных схем Electronics Workbench 5.12 (EWB). Краткие сведения об интерфейсе программы и рекомендации по эффективному использованию ее функциональных возможностей приведены в разделе 2.

В процессе подготовки к выполнению лабораторной работы студент должен изучить теоретические положения по вопросам, предполагаемым к исследованию, используя при этом раздел «Краткие сведения из теории» методических указаний, конспект лекций и рекомендованную литературу. После изучения теоретических положений необходимо ознакомиться с методическими указаниями по соответствующей работе и подготовить отчет о проведении исследований, в который занести название и цель работы, электрические схемы, используемые при проведении исследований, заготовки таблиц для заполнения экспериментальными данными исследований, расчетные формулы, используемые для обработки результатов исследований. Если предусмотрено заданием к конкретной лабораторной работе, выполнить требуемые предварительные расчеты.

Примечания

1 В случае невыполнения изложенных выше требований студент не допускается к выполнению практической части лабораторной работы.

2 Каждый студент при подготовке к лабораторной работе и ее выполнении использует индивидуальные исходные данные (номинальные значения параметров элементов используемых схем, испытательных сигналов и т. д.), приведенные в конце методических указаний к каждой лабораторной работе. Номер варианта исходных данных соответствует номеру студента в списке учебной группы.

Исследования по теме лабораторной работы проводятся в компьютерном классе индивидуально каждым студентом в соответствии с требованиями и рекомендациями, изложенными в методических указаниях. Экспериментальные результаты, полученные в процессе исследований, заносятся в отчет. По полученным результатам, если предусмотрено методическими указаниями, строят графики соответствующих функциональных зависимостей.

После завершения исследований каждый студент индивидуально оформляет отчет о выполненной лабораторной работе. Образец оформления титульного листа отчета приведен в приложении А. Отчет должен содержать все элементы, выделенные выше в тексте курсивом. Для подготовки к защите отчета следует проанализировать экспериментальные результаты, сопоставить их с известными теоретическими положениями, обобщить результаты исследований в виде лаконичных выводов по работе, помещенных в конце отчета.

Защита отчета осуществляется каждым студентом индивидуально. В процессе подготовки к защите необходимо продумать ответы на вопросы, приводимые в методических указаниях к выполнению лабораторных работ.

 

Интерфейс программы

После запуска программы EWB открывается главное ее окно, показанное на рисунке 2.1.

Главное окно программы устроено аналогично всем окнам MS Windows. Под заголовком окна находится строка меню с группами команд (F ile, E dit, C ircuit, A nalysis, W indow и H elp). Под строкой меню расположены две панели с кнопками: основная (для работы с файлами, элементами окна, параметрами внешнего вида) и панель с группами элементов. В правом верхнем углу окна находятся клавиша «Пуск / Стоп» для запуска – остановки моделирования (обозначена «О/I») и кнопка приостановки моделирования («Pause»). Под строкой заголовка схемы находится рабочее поле для сборки электрической цепи и подключения приборов.

 

Рисунок 2.1

Сборка схемы

 

Процесс создания схемы начинается с размещения на рабочем поле EWB элементов цепи из наборов компонентов программы в соответствии с подготовленным эскизом.

Для открытия нужного набора компонентов необходимо подвести курсор мыши к соответствующей кнопке наборов и нажать один раз левую клавишу, после чего откроется окошко с кнопками – компонентами. На рисунке 2.2 показана нажатая кнопка с набором элементов «Источники» («Sources»).

Рисунок 2.2

Необходимый для создания схемы элемент переносится (перетаскивается) из открывшегося окошка группы элементов на рабочее поле программы движением мыши при нажатой и удерживаемой левой кнопке. Требуемые параметры элементов схемы (например, сопротивление резистора, его метка – обозначение на схеме) устанавливаются в раскрывающемся диалоговом окне (рисунок 2.3) после двойного щелчка мышью по значку компонента (ввод значений производится с клавиатуры, а кратность /дольность единиц измерения с помощью мыши), выбор подтверждается нажатием кнопки «О k» или клавиши «Enter».

 

Рисунок 2.3

 

Измерительные приборы также имеют элементы настройки. На рисунке 2.4 показаны диалоговые окна «Свойств» вольтметра и амперметра. Здесь, в частности, на вкладке «Значение» можно выбрать режим измерений и установить внутреннее сопротивление.

Рисунок 2.4

Наиболее важным при использовании измерительных приборов является правильный выбор режима измерений. В режиме DC измеряется среднее значение (постоянные напряжения, токи), а в режиме АС – действующее (переменные напряжения, токи).

После размещения всех необходимых компонентов схемы на рабочем поле, производится соединение их выводов проводниками. При этом необходимо учитывать, что к выводу компонента можно подключить только один проводник. Для выполнения подключения курсор мыши подводится к выводу компонента, после появления кружочка черного цвета нажимается левая кнопка и появляющийся при этом проводник протягивается к выводу другого компонента до появления на нем такого же кружочка черного цвета. После этого кнопка мыши отпускается и соединение готово.

Если соединение нужно разорвать (удалить), курсор подводится к одному из выводов компонентов или точке соединения и при появлении кружочка нажимается левая кнопка. Проводник при удерживаемой левой кнопке отводится на свободное место рабочего поля, после чего кнопка отпускается. Удалить имеющееся соединение («проводник») можно и другим способом: подвести курсор мыши к удаляемому соединению, нажать правую кнопку и в открывшемся контекстном меню выбрать команду «Delete».

Если необходимо подключить вывод компонента к уже имеющемуся на схеме проводнику, то проводник от вывода компонента курсором подводится к указанному проводнику и после появления точки соединения кнопка мыши отпускается.

Если необходимо переместить отдельный сегмент проводника, к нему подводится курсор, нажимается левая кнопка и после появления в вертикальной или горизонтальной плоскости двойного курсора (рисунок 2.5) можно произвести нужные перемещения (не отпуская кнопки мыши).

 

Рисунок 2.5

 

Все проводники в EWBпо умолчанию черного цвета. Но цвет проводника можно изменить. В частности при использовании для анализа сигналов (их формы, параметров) осциллографа удобно, чтобы сигналы на входе и выходе исследуемой схемы отображались на экране разными цветами. Для изменения цвета проводника необходимо двойным щелчком на изображении проводника открыть окно, приведенное на рисунке 2.6, и в открывшемся окне мышью выбрать требуемый цвет.

Для поворота какого-либо элемента (не соединенного проводниками) на 90° нужно щелкнуть на нем мышью (элемент выделяется красным цветом) и нажать комбинацию клавиш <Ctrl> + <R>, либо нажать мышкой на кнопку  на основной панели инструментов. Для поворота выделенного элемента вдоль вертикальной или горизонтальной оси следует нажать мышкой на кнопку
или  на основной панели инструментов.

Рисунок 2.6

 

Измерительные приборы

 

В программе EWB для анализа электрических и электронных схем могут быть использованы различные источники сигналов и измерительные приборы. Источники сигналов постоянного и переменного тока различной формы (в том числе немодулированных и модулированных) сосредоточены в наборе элементов «Источники» («Sources»). Кроме этого в наборе инструментов («Instruments») содержится функциональный генератор (рисунок 2.8), позволяющий подать на вход исследуемой схемы колебание синусоидальной, треугольной или прямоугольной формы.

Рисунок 2.7

Рисунок 2.8

С помощью клавиш на передней панели прибора можно установить частоту «Frequency» в Гц; коэффициент заполнения «Duty cycle» в %; амплитуду «Amplitude» в В и постоянную составляющую (смещение нулевого уровня) «Offset» в В. Генератор имеет два выхода «+» и «–», с помощью которых можно получить два выходных сигнала, сдвинутых на 180°. При заземленном общем выводе «С ommon» можно получить парафазный сигнал.

При анализе электрических схем аналоговых устройств из семи приборов, предусмотренных в программе, используются первых четыре (рисунок 2.7).

Мультиметр («Multimeter») можно использовать при измерениях напряжения V, тока А, сопротивления W и затухания dB. Прибором можно измерять постоянные и переменные напряжения и токи. Выбор режима работы прибора определяется с помощью клавиш на его передней панели. При измерениях переменного напряжения и тока прибор показывает действующие значения.

При использовании мультиметра можно задать его паразитные параметры: внутреннее сопротивление амперметра «Ammeter resistance»; внутреннее сопротивление вольтметра «Voltmeter resistance»; измерительный ток омметра «Ohmmeter Current»; эталонное напряжение при измерении затухания «Decibel Standard». Значения этих паразитных параметров выбираются в режиме «Setting». Внешний вид передней панели прибора показан на рисунке 2.9.

 

Рисунок 2.9

 

Осциллограф («Oscilloscope») имеет два канала А и В с раздельными регулировками чувствительности («Channel А», V/ Div; «Channel В», V/Div); регулировку смещения по вертикали («Y Position» A; «Y Position» В); закрытый «АС», заземленный «0» и открытый «DC» входы по каждому каналу. Развертка осциллографа может работать в трех режимах: временном «Y / T» и функциональном «В/А» или «А/В». При работе во временном режиме коэффициент развертки «Time base» выбирается в пределах от 0,1 нс/дел до 1 с/дел. Смещение по горизонтали регулируется кнопками «X Position». Чтобы получить отчетливое изображение сигнала во временной области на экране осциллографа, необходимо правильно согласовать коэффициент развертки «Time base» с периодом сигнала. Целесообразно устанавливать такой коэффициент развертки, чтобы по горизонтали в одном делении укладывалось 0,5 … 1 периода анализируемого колебания.

Запуск развертки может быть автоколебательным «Auto» или ждущим «Trigger». В ждущем режиме запуск развертки может выполняться по переднему или заднему фронту синхроимпульса «Edge». Уровень сигнала синхронизации регулируется с помощью клавиши «Level». Вид сигнала синхронизации выбирается с помощью клавиш А, В, Ext. Внешний сигнал синхронизации Ext подается на вход «Trigger». При синхронизации от внутренних сигналов используются каналы А или В. Вывод «Ground» осциллографа предусмотрен для подключения к земле (по умолчанию такое соединение выполнено). Внешний вид передней панели осциллографа приведен на рисунке 2.10.

Рисунок 2.10

 

Осциллограф может работать в режиме масштабирования, который вызывается кнопкой «Expand» на передней панели прибора. В этом режиме изменяется передняя панель прибора: увеличивается размер экрана, создается возможность прокрутки изображения по вертикали и горизонтали или сканирования его с помощью разноцветных вертикальных визирных линий (1 – красного цвета и 2 – синего цвета), которые можно перемещать по экрану с помощью указателя мыши. При этом под экраном выводятся цифровые значения временных положений T l, Т 2 визирных линий и их разность Т 2 – Т 1.

В индикаторных окнах под экраном также приводятся мгновенные значения напряжений, соответствующих положениям визирных линий: VA 1, VB 1, VA 2, VB 2 и их разности (VA 2 – VA 1) и (VB 2 – VB 1).

Изображение на экране можно инвертировать нажатием кнопки «Reverse» и запоминать в памяти нажатием кнопки «Save». Возврат к обычному режиму работы осциллографа выполняется по команде «Reduce», подаваемой с передней панели прибора. Внешний вид передней панели осциллографа в режиме «Expand» приведен на рисунке 2.11.

Анализатор частотных характеристик («Bode Plotter») предназначен для измерения амплитудно-частотных (в режиме «Magnitude») и фазочастотных (в режиме «Phase») характеристик цепей. Он измеряет отношение амплитуд и разность начальных фаз двух сигналов, подаваемых на входы In и Out. При этом частоты входного и выходного сигналов имеют одинаковые значения и задаются внутренним генератором, который входит в состав прибора Bode Plotter. Внешний вид передней панели анализатора приведен на рисунке 2.12. Левые зажимы входа и выхода подключают к исследуемой цепи, а правые зажимы соединяют с общей точкой «Ground» (по умолчанию такое соединение уже выполнено). Кроме этого, ко входу цепи должен быть подключен какой-либо источник переменного напряжения, при этом каких-либо настроек в этом источнике производить не нужно.

 

Рисунок 2.11

 

Рисунок 2.12

 

По вертикальной оси прибора («Vertical») откладывают значения амплитудно-частотных характеристик («Magnitude») цепи в относительных единицах в линейном режиме (Lin) или в децибелах – в логарифмическом режиме (Log). При измерении фазочастотных характеристик («Phase») по вертикальной оси откладывают значения угла сдвига фазы в градусах, как в линейном, так и в логарифмическом режимах работы. При этом указывают минимальное I («Initial») и максимальное F («Final») значения шкалы прибора.

По горизонтальной оси прибора («Horizontal») также указывают минимальное I и максимальное F значения частоты в Гц, как в линейном (Lin), так и в логарифмическом (Log) режимах работы.

С помощью вертикальной визирной линии, которую можно перемещать по экрану посредством указателей, ® или мыши, определяют численное значение частоты и выходной величины в месте положения визирной линии. Эти значения в цифровой форме выводятся в нижней части передней панели прибора и могут быть записаны в текстовый файл при помощи команды, подаваемой клавишей «Save».

 

Производство измерений

 

После построения схемы и подключения измерительных приборов производится анализ ее работы. Анализ начинается нажатием выключателя «О/I» в правом верхнем углу окна программы (рисунок 2.1). Сделать паузу при выполнении моделирования работы схемы можно нажатием клавиши F9 на клавиатуре или кнопки «Pause». Возобновить процесс моделирования можно повторным нажатием клавиши F9 (кнопки «Pause»).

Чтобы перенести в отчет по лабораторной работе изображение схемы электрической цепи или измерительного прибора, расположенных на рабочем поле, необходимо в меню «Edit» выбрать опцию «Copy as Bitmap», установить указатель курсора мыши (в виде знака «+») в левой верхней части выделяемого фрагмента рабочего поля и, удерживая нажатой левую кнопку мыши, охватить подлежащий копированию фрагмент рамкой. После отпускания кнопки мыши копируемый фрагмент будет помещен в буфер обмена, откуда его можно вставить в текстовый документ.

 

 

Полупроводниковых приборов

 

Лабораторная работа № 1 имеет целью исследование основных характеристик и параметров полупроводниковых диодов и биполярных транзисторов, а также приобретение навыков использования возможностей компьютерной программы Electronics Workbench 5.12 для этих целей.

Завершается работа оформлением и защитой с оценкой отчета. Защита осуществляется методом экспресс-опроса в рамках теоретического и практического материала по теме лабораторной работы.

На выполнение и защиту лабораторной работы № 1 отводится 4 академических часа.

 

Краткие сведения из теории

 

3.1.1 Полупроводниковые диоды

 

Как известно из курса электротехники, вольтамперная характеристика (ВАХ) элемента электрической цепи представляет собой зависимость тока, протекающего через элемент от напряжения на выводах этого элемента (или наоборот, зависимость напряжения от тока). ВАХ диода имеет две ветви: прямую (снимается, когда диод смещен в прямом направлении) и обратную (снятую при обратном смещении диода). На рисунке 3.1, а показано условное графическое обозначение (УГО) выпрямительного диода. Если полярность приложенного напряжения соответствует указанной на рисунке, то диод смещен в прямом направлении и через него течет прямой ток I _пр. Примерный вид ВАХ диода при прямом и обратном смещении показан на рисунке 3.1, б.

 

                       а                                                         б

Рисунок 3.1

Чтобы снять прямую ветвь ВАХ диода, можно воспользоваться схемой измерения, приведенной на рисунке 3.2. Для снятия обратной ветви ВАХ необходимо поменять полярность источника напряжения U.

Рисунок 3.2

 

Диод представляет собой нелинейный элемент, поэтому его нельзя характеризовать величиной сопротивления, как линейный резистор. В связи с этим различают статическое сопротивление диода и динамическое (дифференциальное) сопротивление диода. Статическое сопротивление в заданной точке ВАХ можно определить по формуле

 

                                                     .                                          (3.1)

 

Для определения дифференциального сопротивления диода используют формулу

 

                                           ,                                      (3.2)

 

где D U _д и D I _д – соответственно приращения напряжения и тока диода, определяемые по графику ВАХ.

Из рисунка 3.1, б видно, что как статическое, так и динамическое сопротивления диода существенно зависят от тока, протекающего через диод.

Основным отличием стабилитронов от выпрямительных диодов является то, что их используют в режиме электрического пробоя, который наблюдается при обратном смещении диода. Материалы, используемые в стабилитронах, имеют высокую концентрацию примесей. Это приводит к тому, что напряженность электрического поля в их р-п -переходах значительно выше, чем у остальных типов диодов. За счет этого при относительно небольших обратных напряжениях в р-п- переходе возникает электрический пробой. Механизм пробоя может быть туннельным, лавинным или смешанным. Обычно у низковольтных стабилитронов более вероятен туннельный пробой, а у высоковольтных – лавинный. В обоих случаях сильного нагрева р-п -перехода не происходит, поэтому теплового пробоя не наступает.

Обратная ветвь ВАХ стабилитрона и его УГО представлены на рисунке 3.3. Такая ВАХ может быть обеспечена только при лавинном или туннельном пробоях. Лавинный пробой имеет место у диодов, изготовленных из полупроводника с большой шириной запрещенной зоны. Поэтому основным материалом для изготовления стабилитронов является кремний.

Рисунок 3.3

 

К основным параметрам стабилитрона относят:

- напряжение стабилизации (U _ст);

- минимально допустимый ток стабилизации (I _{ст. мин});

- максимально допустимый ток стабилизации (I _{ст. макс});

- дифференциальное сопротивление стабилитрона (r _{ст диф}) на участке пробоя;

- температурный коэффициент напряжения стабилизации (a _{U ст}).

Напряжение стабилизации – это напряжение на стабилитроне при прохождении через него заданного тока стабилизации. На практике в исходной рабочей точке ток стабилизации задают равным

 

                                              .                                         (3.3)

 

Следовательно, напряжение стабилизации U _ст соответствует обратному напряжению на стабилитроне, при котором по нему течет ток I_cm.

Дифференциальное сопротивление стабилитрона r _{ст диф} определяют так же, как и у выпрямительного диода. Качество стабилитрона (то есть его способность стабилизировать напряжение при изменении проходящего по нему тока) тем выше, чем ниже его дифференциальное сопротивление.

Температурный коэффициент напряжения стабилизации a _{U ст} – это величина, определяемая отношением относительного изменения напряжения стабилизации к изменению температуры окружающей среды при постоянном токе стабилизации.

Пусть при температуре t ₁ напряжение стабилизации было равно и_{ст 1}, а при температуре t ₂ – соответственно и_{ст 2}. Тогда температурный коэффициент напряжения стабилизации a _{U ст} может быть найден из формулы

 

                                               .                                       (3.4)

 

3.1.2 Биполярные транзисторы

 

Биполярный транзистор является активным элементом, управляемым током в цепи управляющего вывода – базы. Для него могут быть построены две разновидности ВАХ – входная, представляющая собой зависимость тока в цепи базы транзистора от напряжения, приложенного между базой и эмиттером при фиксированном напряжении между коллектором и эмиттером и семейство выходных ВАХ, полученное как зависимость тока коллектора транзистора от напряжения между коллектором и эмиттером при фиксированных значениях тока в цепи базы.

На рисунке 3.4, в частности, приведены ВАХ маломощного транзистора КТ 315Б (аналог транзистора Q2N2712): слева – входные, справа – семейство выходных.

Рисунок 3.4

 

Токи i _Б, i _К и i _Э биполярного транзистора тесно взаимосвязаны. В частности, самый большой ток протекает в эмиттерной области транзистора. Для тока эмиттера можно записать

                                                    .                                             (3.5)

 

Ток коллектора можно определить из равенства

 

                                                ,                                        (3.6)

 

где a _ст – статический коэффициент передачи тока эмиттера;

  I_{K 0}– обратный (тепловой) ток коллектора.

На практике a _ст = 0,95 … 0,998.

Ток коллектора можно представить через ток базы:

 

                                         ,                                   (3.7)

 

где  – статический коэффициент передачи тока базы в схеме с

  общим эмиттером (в справочной литературе используется обозначение h _{21 Э} ;

  обычно принимает значение 10 … 500 в зависимости от типа и мощности

  транзистора).

Статический коэффициент передачи тока базы, с учетом (3.7), может быть определен из выражения

 

                                               ,                                       (3.8)

 

а статический коэффициент передачи тока эмиттера, соответственно, из выражения

 

                                              .                                             (3.9)

 

Дифференциальный коэффициент передачи тока базы (в режиме усиления сигнала) определяются из выражения

 

                                       ,                                  (3.10)

 

где D i _К и D i _Б – взаимозависимые приращения соответственно тока коллектора и

     тока базы при фиксированном значении напряжения и_КЭ (полученные из

     семейства выходных ВАХ транзистора).

Дифференциальное входное сопротивление r_{вх диф} транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ) определяется при фиксированном значении напряжения коллектор-эмиттер. Оно может быть найдено как отношение приращения напряжения база-эмиттер к вызванному им приращению тока базы (по входной ВАХ транзистора):

 

                                   .                             (3.11)

 

С учетом наклона выходных ВАХ транзистора, выражение (3.7) примет вид

 

                                   ,                             (3.12)

 

где r _К – дифференциальное сопротивление коллекторной области транзистора:

 

                                       .                                 (3.13)

Подготовка к работе

 

3.2.1 Изучить раздел 2 методических указаний. Ознакомиться с интерфейсом моделирующей компьютерной программы Electronics Workbench.

3.2.2 Изучить теоретические положения по теме проводимых исследований, используя конспект лекций, рекомендованную литературу и подраздел 3.1 методических указаний.

3.2.3 Подготовить отчет в соответствии с требованиями, изложенными в разделе 1 методических указаний.

 

Задание на проведение исследований

 

3.3.1 Используя экспериментальные данные, построить прямую и обратную ветви ВАХ выпрямительного диода.

3.3.2 Определить статическое и дифференциальное сопротивления выпрямительного диода на заданных участках ВАХ.

3.3.3 Используя экспериментальные данные, построить прямую и обратную ветви ВАХ стабилитрона.

3.3.4 Определить дифференциальное сопротивление стабилитрона на участке электрического пробоя.

3.3.5 Построить нагрузочную характеристику параметрического стабилизатора.

3.3.6 Используя экспериментальные данные, построить входную ВАХ биполярного транзистора при различных температурах его корпуса.

3.3.7 Используя экспериментальные данные, построить одну ветвь выходных ВАХ транзистора.

3.3.8 Используя ВАХ транзистора и результаты измерений, определить его основные параметры: I _{К 0},b _ст, b, a _ст, r _{вх диф}, r _К.

 

Примерный перечень контрольных вопросов

 

3.5.1 С какой целью в полупроводниковый материал добавляют примесь?

3.5.2 В каком случае примесь называется донорной, а в каком акцепторной?

3.5.3 Что называется р-п -переходом?

3.5.4 Что называется контактной разностью потенциалов? Чему равна контактная разность потенциалов в р-п -переходе на основе кремния и германия?

3.5.5 В чем состоят различия между выпрямительным диодом и стабилитроном?

3.5.6 Влияет ли значение сопротивления нагрузки на степень стабилизации выходного напряжения стабилизатора?

3.5.7 От чего зависит ток коллектора транзистора?

3.5.8 Зависит ли коэффициент b_ст от тока коллектора? Если да, то в какой степени? Обосновать ответ.

3.5.9 На семействе выходных ВАХ транзистора показать область насыщения и область отсечки коллекторного тока.

3.5.10 Что оказывает большее влияние на ток коллектора – ток базы или напряжение коллектор-эмиттер?

3.5.11 Что можно сказать по входной ВАХ транзистора о сходстве или различии между базо-эмиттерным переходом транзистора и р-п- переходом диода, смещенного в прямом направлении?

3.5.12 Одинаково ли значение r_{вх диф} в любой точке входной характеристики?

3.5.13 Как подключаются источники напряжения к переходам база-эмиттер и база-коллектор?

3.5.14 Что является источником тока I _{К 0}?

3.5.15 Изобразить УГО транзисторов р-п-р - и п-р-п -типов.

3.5.16 Какими математическими соотношениями связаны токи транзистора?

3.5.17 В чем различия между статическим и дифференциальным входными сопротивлениями транзистора? Как их можно определить?

3.5.18 Как определить дифференциальное сопротивление коллекторной области транзистора r _К?

 

Варианты исходных данных

 

Таблица 3.8

№№ п/п	Тип диода	t oC	IБ, мА	№№ п/п	Тип диода	t oC	IБ, мА
1	D1N4001	-60	0,05	16	D1N4936	45	0,25
2	D1N4002	-55	0,1	17	D1N4937	50	0,3
3	D1N4003	-50	0,15	18	D1N4942	55	0,35
4	D1N4004	-45	0,2	19	D1N4944	60	0,4
5	D1N4005	-40	0,25	20	D1N4946	65	0,45
6	D1N4006	-35	0,3	21	D1N4947	70	0,5
7	D1N4007	-30	0,35	22	D1N4948	75	0,55
8	D1N4245	-25	0,4	23	D1N5059	80	0,05
9	D1N4246	-20	0,45	24	D1N5060	85	0,1
10	D1N4247	-15	0,5	25	D1N5061	90	0,15
11	D1N4248	-10	0,55	26	D1N5062	95	0,2
12	D1N4249	10	0,05	27	D1N5391	100	0,25
13	D1N4933	15	0,1	28	D1N5393	105	0,3
14	D1N4934	35	0,15	29	D1N5394	110	0,35
15	D1N4935	40	0,2	30	D1N5395	115	0,4

 

 

4 Лабораторная работа № 2. Исследование резисторного усилительного каскада

 

Лабораторная работа № 2 имеет целью освоение методики экспериментального определения основных показателей и характеристик усилительного каскада, а также исследование зависимости показателей и характеристик усилительного каскада от параметров элементов схемы.

Завершается работа оформлением и защитой с оценкой отчета. Защита осуществляется методом экспресс-опроса в рамках теоретического и практического материала по теме лабораторной работы.

На выполнение и защиту лабораторной работы № 2 отводится 4 академических часа.

 

Краткие сведения из теории

 

Усилителем электрических сигналов называют устройство, предназначенное для усиления входного электрического колебания по напряжению, току или