«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Отчет по лабораторной работе №5
по дисциплине ЭЛЕКТРОНИКА
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ОУ
Выполнил: студент гр. 8в83
Лайком Д.Н.
Проверил: доцент
Заревич А.И.
Томск 2010
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 ЭФФ; -
подготовиться и практически освоить предложенную программу работ по аналоговой электронике и защитить ее.
ХОД РАБОТЫ:
4.2 Измерение параметров различных электронных компонентов.
R1=2.215 кОм (номинал 2.2 кОм);
R3=19.84 кОм (номинал 20 кОм);
R4=100.1 кОм (номинал 100 кОм);
С1=0.976 nF (номинал 1 микрофарада);
С10=46.546 nF (номинал 47 nF).
Причины несовпадения:
1)Разные методики получения данных;
2)Временной фактор (снижение показателей приборов с течением времени);
3)Округление данных.
4.3 Снятие ВАХ двухполюсников:
Рис. 1. Схема эксперимента для снятия ВАХ двухполюсников (резисторов и диодов)
Резистор R1
Рис. 2. ВАХ резистора R1
График в виде прямой, так как прямая зависимость между сопротивлением, силой тока и напряжением. U=I*R (закон Ома).
Кремниевый точечный диод VD1:
|
|
а) б)
Рис. 3. ВАХ диода VD1 (а – прямая ветвь, б – обратная ветвь)
Нелинейный вид ВАХ объясняется свойством полупроводника менять свое сопротивление при изменении напряжения на нем.
Диод Шоттки VD2:
  
|
|
|
|
|
а) б)
Рис. 4. ВАХ диода Шоттки VD2 (а – прямая ветвь, б – обратная ветвь)
Особенностью диода Шоттки является то, что он имеет прямое падение напряжения порядка 0.2—0.4 вольт. Прямая ветвь ВАХ у диодов Шоттки подчиняется экспоненциальному закону в широком диапазоне токов. При прямом включении ВАХ диода Шоттки возрастает быстрее, чем у выпрямительного диода и стабилитрона.
Кремниевый стабилитрон VD3:
 
а) |
 
б) |
|
|
|
Рис. 5. ВАХ стабилитрона VD3 (а – прямая ветвь, б – обратная ветвь)
Полученный график совпадает с теоретическим. Стабилитроны - приборы, на основе p-n-p перехода, предназначенные для стабилизации напряжения. Стабилитрон – полупроводниковый диод, ВАХ который имеет участок малой зависимости приложенного напряжения от тока, протекающего через него. Такой участок лежит на обратной ветви ВАХ и возникает в результате пробоя диода (лавинного или туннельного).
Снятие выходных ВАХ биполярного транзистора VT1:
Рис. 6. Схема эксперимента для снятия выходных ВАХ транзистора
Рис. 7. Выходные ВАХ транзистора
Маломощный биполярный транзистор n-p-n типа по схеме включения с общим эмиттером. Формула для тока коллектора выглядит следующим образом: IK = g(UKЭ)/IR = const
Снятие входных ВАХ биполярного транзистора VT1:
а) б)
Рис. 8. Схемы для снятия входных ВАХ транзистора (а - Uкэ=0V; б - Uкэ=+5V)
Рис. 9. Входная ВАХ транзистора, схема а
Рис. 10. Входная ВАХ транзистора, схема б
При Uкэ = 0В биполярный транзистор ведет себя как обычный p-n переход (режим насыщения). Входная ВАХ транзистора при Uкэ=+5 В лежит левее ветви Uкэ=0 В, что объясняется разными значениями Uкэ. 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.
4.4 Исследование резистивного делителя напряжения постоянного тока.
Рис. 11. Схема исследования резистивного делителя напряжения постоянного тока
Рис. 12. Входное напряжение Рис. 13. Выходное напряжение
R3=19.8 кОм
R4=100 кОм
Рассчитаем выходное напряжение, приняв входное напряжение равным 5 В:
= 
= 
= 4,168 (В).
Как видно, теоретические и практические значения отличаются незначительно (1 – 2%), что связано с неточностью метода измерения и температурной поправкой.
4.5 Делитель с изменяющимися значениями выходного напряжения.
Таблица №2
Определение коэффициента передачи делителя.
-
U
Коэффициент передачи делителя
1,953
1,578
0,807988
3,942
3,186
0,808219
5,934
4,796
0,808224
7,921
6,403
0,808358
9,913
8,013
0,808332
11,904
9,623
0,808384
Теоретическое значение коэффициента передачи k =
= =
= 0,8335.
//Посчитай средний коэффициент 3 столбец!!!!!!!!!!!!
Таким образом, максимальное отклонение экспериментального значения от теоретического наблюдается при входном напряжении 1,953 В и составляет 3%. Изменение коэффициента передачи объясняется зависимостью сопротивлений резисторов от входного напряжения. Резисторы в той или иной степени обладают также паразитной ёмкостью, паразитной индуктивностью и нелинейностью вольт-амперной характеристики. Причина зависимости сопротивлений резисторов от входного напряжения - зависимость концентрации носителей тока и их подвижности от напряженности электрического поля.
4.6 Делитель с изменяющимися значениями выходного напряжения с переменными сопротивлениями.
Используя переменное сопротивление R22, возможно управлять коэффициентом передачи.
|
Uвх, В |
Uвых, В |
Коэффициент передачи |
|
5,105 |
5,105 |
1,000 |
|
|
4,938 |
0,967 |
|
|
4,58 |
0,897 |
|
|
4,103 |
0,804 |
|
|
3,823 |
0,749 |
|
|
3,244 |
0,635 |
|
|
2,895 |
0,567 |
|
|
2,586 |
0,507 |
4.7 Проверка последовательной RC-цепи с помощью функционального генератора и осциллографа.
Рис. 14. Схема исследования последовательной CR-цепи
Частота среза CR-цепи: 
= 1529 ГЦ
Рис. 15. Функциональный генератор с выставленной частотой; выходные сигналы RC-цепи
На графике заметен фазовый сдвиг сигнала А к сигналу В. Это происходит из-за того, что на конденсаторе происходит накопление заряда, что и провоцирует сдвиг фазы. При этом падает напряжение на сопротивлении и уменьшается амплитуда напряжения. Вследствие этих факторов график построен верно.
Разность фаз на каналах А и В между входными сигналами:
Δφ = 2*pi*f*dT
Δφ = 55.01°
Коэффициент передачи К=1,55
Получен допустимый сдвиг фаз.
Частота ниже нормы:
Рис.16. Выставленная частота ниже нормы; выходные сигналы RC-цепи
Сдвиг фаз
Δφ = 2*pi*f*dT
Δφ = 55.01°
Коэффициент передачи К=1,75
Частота ниже нормы:
Рис.16.a. Выставленная частота ниже нормы; выходные сигналы RC-цепи
Сдвиг фаз
Δφ = 2*pi*f*dT
Δφ = 79.22°
Коэффициент передачи К=2,12
Частота выше нормы:
Рис. 17. Выставленная частота выше нормы; выходные сигналы RC-цепи
Сдвиг фаз
Δφ = 2*pi*f*dT
Δφ = 27.5°
Коэффициент передачи К=1,4
Частота выше нормы:
Рис. 17.a. Выставленная частота выше нормы; выходные сигналы RC-цепи
Сдвиг фаз Δφ = 2*pi*f*dT
Δφ = 28.6°
Коэффициент передачи К=1,32
4.8 АЧХ/ФЧХ RC-цепи
Рис. 18. Графики АЧХ (сверху) и ФЧХ (снизу)
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. Получено графическое доказание теоретического содержания п. 4.7.
Данная RC схема является фильтром высших частот, т.е. передает без изменений сигналы высоких частот, а на низких частотах обеспечивает затухание сигналов и опережение их по фазе относительно входных сигналов.
//К считается как U вых дел на U вх
//Т.е сиреневую на зеленую . К должен получиться меньше 1