- •Исследование усилителя напряжения.
- •Исследование светодиодов.
- •Часть I. Исследование характеристик одноцветных светодиодов.
- •Часть II. Исследование характеристик двухцветного светодиода.
- •Часть III. Исследование характеристик трехцветного светодиода.
- •Контрольные вопросы
- •Исследование полупроводниковых параметрических и компенсационных стабилизаторов напряжения.
- •Часть I. Исследование параметрического стабилизатора.
- •Часть II. Исследование компенсационного стабилизатора постоянного напряжения последовательного типа.
- •Список рекомендуемой литературы
- •Оглавление
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Владимирский государственный университет
имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
(ВлГУ)
Кафедра электротехники и электроэнергетики
Методические указания к лабораторным работам
по дисциплине “Электроника”. Часть 2.
Составители
Д.П. Андрианов,
В.И. Афонин
Владимир 2015
УДК 621. 621.316
ББК 31.2я73
Методические указания к лабораторным работам по электронике. Часть 2. / Владим. гос. ун-т: Сост.: Д.П. Андрианов, В.И. Афонин. Владимир. 2015. 26с.
Составлены в соответствии с программой курса «Электротехника и электроника» и «Электроника» для неэлектротехнических специальностей высших учебных заведений.
Изложены методические указания по экспериментальному исследованию, расчётам и оформлению результатов испытаний полупроводниковых элементов и устройств электроники. Предназначены для студентов дневной и контрактно-заочной форм обучения.
Ил. 19. Библиогр.: 4 назв.
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Владимирского государственного университета
Рецензент
Кандидат технических наук, доцент кафедры приборостроения и информационно-измерительной техники
Владимирского государственного университета
Грибакин В.С.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
При выполнении лабораторных работ студенты углубляют знания по электронике, учатся экспериментально проверять теоретические положения, приобретают навыки работы с измерительными приборами и вычислительной техникой.
Перед выполнением курса лабораторных работ каждый студент обязан изучить правила техники безопасности и расписаться в журнале, который находится в лаборатории.
Лабораторные работы выполняются бригадами из трех-четырех студентов. Очередность работ определяется графиком. В день выполнения работы бригады должны иметь одну заготовку отчета выполненную в соответствии с требованиями раздела «Подготовка к работе». Перед выполнением лабораторной работы каждый студент получает допуск к работе, который включает в себя проверку:
выполнения задач, предусмотренных разделом «Подготовка к работе»;
знания теоретического материала по теме работы;
знания методики проведения исследований;
умения пользоваться измерительной аппаратурой.
Студенты, не подготовившиеся к занятиям, к выполнению работы не допускаются.
Отчеты по лабораторным работам должны быть выполнены на стандартных листах писчей бумаги.
Отчет должен содержать:
- титульный лист с указанием кафедры, учебной группы, фамилии, имени, отчества студента, названия, номера и даты выполнения работы;
- цель работы;
- исследуемую электрическую схему;
- расчетные формулы;
- таблицы измеренных и вычисленных величин;
- требуемый по заданию графический материал;
- краткие выводы по работе.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
Исследование усилителя напряжения.
Цель работы: ознакомиться с практическими схемами усилителей, исследовать влияние элементов схемы на параметры усилителя переменного напряжения, получить навыки экспериментального исследования параметров и усилителя.
Краткие теоретические сведения.
Простейшим усилителем является усилительный каскад, содержащий нелинейный управляемый элемент УЭ (как правило, биполярный или полевой транзистор), резистор R и источник электрической энергии Е (рис.4.1).
Рис. 4.1. Структурная схема усилительного каскада.
Усилительный каскад имеет входную цепь, к которой подводится входное напряжение Uвх (усиливаемый сигнал), и выходную цепь для получения выходного напряжения Uвых (усиленный сигнал). Усиленный сигнал имеет значительно большую мощность по сравнению с входным сигналом. Увеличение мощности сигнала происходит за счет источника электрической энергии Е. Процесс усиления осуществляется посредством изменения сопротивления нелинейного управляемого элемента УЭ, а следовательно, и тока выходной цепи под воздействием входного напряжения или тока. Выходное напряжение снимается с управляемого элемента УЭ или резистора R.
Усиление основано на преобразовании электрической энергии постоянной э.д.с. Е в энергию выходного сигнала за счет изменения сопротивления УЭ по закону, задаваемому входным сигналом.
Усилительные свойства усилителя зависят от степени влияния входного сигнала на ток управляемого элемента: чем больше это влияние, тем больше будет падение напряжения от тока УЭ на резисторе. Выходное напряжение зависит от сопротивления резистора R.
Основные параметры усилительного каскада:
коэффициент усиления по напряжению
Кu = Uвых/Uвх
коэффициент усиления по току
Кi = Iвых/Iвх
коэффициент усиления по мощности
Кp = Pвых/Pвх = Uвых*Iвых/ Uвх*Iвх = Кu*Кi
Многокаскадный усилитель представляет собой последовательно соединенные усилительные каскады (рис. 4.2) .
Рис. 4.2. Структурная схема многокаскадного усилителя.
Коэффициент усиления по напряжению каскадного усилителя
Кu = Uвых/Uвх = К1* К2*…Кn
При определении переменных составляющих токов и напряжений (т. е. при анализе на переменном токе) и при условии, что транзистор работает в активном режиме, его часто представляют в виде линейного четырехполюсника (рис. 4.3)
Рис. 4.3. Транзистор в виде четырехполюсника
Часто транзистор описывают с помощью h-параметров, к которым относятся:
входное сопротивление транзистора для переменного сигнала (при закороченном выходе: u2=0) :
коэффициент обратной связи по напряжению:
коэффициент передачи тока:
выходная проводимость:
При этом
,
Параметры, соответствующие схеме с общим эмиттером, обозначаются буквой «э», а схеме с общей базой – буквой «б».
Объект и средства исследования.
Объект исследования – усилитель напряжения. При исследовании используются источник постоянного напряжения (ГН2), генератор низкой частоты (ГНЧ), милливольтметр (МВ), частотомер (ЧМ), измеритель выхода (ИВ) и осциллограф. Сборка исследуемой цепи осуществляется коммутацией гнезд платы из рабочего комплекта и гнезд измерительных приборов и источников при помощи проводников с однополюсными вилками и установкой в гнезда платы рабочего комплекта дискретных элементов. Измеритель выхода (ИВ) подключается установкой переключателя в положения ГН2, ГНЧ, ЧМ.
Домашнее задание.
2.1. Изучить принцип работы усилителя напряжения.
2.2. Разработать методику определения основных параметров и характеристик усилителя переменного напряжения (коэффициента усиления, амплитудной и частотной характеристик, нелинейных, частотных и фазовых искажений).
Рабочее задание.
3.1. Получить допуск к выполнению работы
3.2. Установить на лабораторном стенде плату № 14 из рабочего комплекта, произвести сборку электрической схемы (рис. 4.4), подключив источник питания ГН2, генератор низкой частоты ГНЧ, измерительные приборы ИВ, МВ, ЧМ, осциллограф С1-73.
Рис.4.4. Электрическая схема усилителя
3.3. Установить рабочую точку усилителя на линейном участке:
c выхода ГНЧ (1:10) подать максимальный сигнал (ручку «амплитуда» вывести в крайнее правое положение). Частоту сигнала установить fc=1кГц;
подключить осциллограф к выходу усилителя;
плавно вращая ручку регулятора добиться равномерного ограничения усиленного сигнала «сверху» и «снизу».
3.3. Снять амплитудную характеристику усилителя
Uвых = f (Uвх) при f = 1000 Гц.
Входное напряжение усилителя измерять МВ, подключив его к гнездам Х3, напряжение на выходе контролировать и измерять осциллографом С1-73. Произвести 10-12 измерений, результаты измерений записать в табл.4.1 и построить амплитудную характеристику усилителя. Выходное напряжение изменять в пределах 2мВ…60 мВ.
Табл. 4.1
Uвх (В) |
|
|
|
|
Uвых (В) |
|
|
|
|
3.4 Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя (АЧХ)
Uвых = f (F) при Uвх = 30 мВ.
Произвести измерение выходного напряжения на частотах: 20, 50, 80, 100, 200, 500, 1000, 5000, 10000, 30000, 50000, 80000, 100000 Гц. Результаты измерений записать в табл. 4.2.
Табл.4.2
F, *100 Гц |
0,2 |
0,5 |
0,8 |
1 |
2 |
5 |
10 |
50 |
100 |
500 |
800 |
1000 |
Uвых |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
KU |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
KU, (дБ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По результатам измерений построить АЧХ усилителя в логарифмическом масштабе:
KU, (дБ) = 20 lg (Uвых/ Uвх).
Примечания:
входной сигнал Uвх = 30 мВ в процессе измерения АЧХ должен быть постоянным.
частоту входного сигнала измерять ИВ в положении ЧМ, подключив его к гнездам х5, х7;
амплитуду выходного сигнала измерять МА, подключив его к гнездам х1, х8.
3.5. Исследовать влияние элементов схемы на коэффициент усиления KU усилителя:
Емкость обратной связи С3
На вход усилителя подать сигнал 30 мВ с частотой fc = 5 кГц. Определить коэффициент усиления усилителя при значениях емкости = 0 (отключена), 5, 20, 50 мкФ. Результаты измерений записать в табл. 4.3.
Разделительные конденсаторы С1, С2 на частотах 20 Гц, 50 кГц.
На вход усилителя подать сигнал 30 мВ с частотой fc = 20 Гц. Поочередно установить на стенде емкости разделительных конденсаторов С1 = С2 = 0,1; 5, 20, 50 мкФ. Измерить выходное напряжение МВ, результаты измерений записать в табл. 4.4.
Повторить опыт для частоты входного сигнала fc = 50 кГц.
Табл.4.3
R2 (Ом) |
С3=0 мкФ |
С3=5 мкФ |
С3=20 мкФ |
С3=50 мкФ |
Uвх (мВ) |
|
|
|
|
Uвых (В) |
|
|
|
|
KU |
|
|
|
|
Табл. 4.4
|
С1,С2 = 0,1 мкФ |
С1,С2 = 5 мкФ |
С1,С2 = 20 мкФ |
С1,С2 = 50 мкФ |
|
fc = 20 Гц |
Uвых (В) |
|
|
|
|
KU |
|
|
|
|
|
fc = 50 кГц |
Uвых (В) |
|
|
|
|
KU |
|
|
|
|
Коллекторное сопротивление R3.
На вход усилителя подать сигнал 30 мВ с частотой fc = 5 кГц. Установить на плате коллекторное сопротивление R3 = 300 Ом.
Контроль формы выходного напряжения производить осциллографом С1-73, подключенным к гнездам х5, х7.
Выходное напряжение измерять МВ, подключенным к х1, х8.
Плавно изменяя величину резистора R1, добиться максимального выходного напряжения, результат измерения записать в табл. 4.5. Форма выходного напряжения должна быть синусоидальной.
Снять осциллограмму выходного напряжения.
Повторить опыт для резисторов R3 = 620 Ом, 1 кОм, 2 кОм.
Нагрузка R5.
На вход усилителя подать сигнал 30 мВ с частотой fc = 5 кГц.
Произвести измерение выходного напряжения усилителя при следующих величинах сопротивления нагрузки R5 = 330, 620 Ом, 2,4; 5; 10 кОм. Результаты измерений записать в табл. 4.5.
Табл. 4.5
R (Ом) |
|
|
|
|
|
Uвых (В) |
|
|
|
|
|
KU |
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы.
Почему коэффициент усиления зависит от частоты сигнала, подаваемого на вход усилителя?
Как оцениваются нелинейные и частотные искажения сигнала и усилителя?
Почему увеличивается коэффициент усиления при подключении конденсатора параллельно резистору R4?
Назовите и объясните основные показатели усилителя.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5