3. Методика выполнения занятия

Лабораторное занятие выполняется на персональном компьютере в среде программы Electronic WorkBench. На занятии используются следующие электронные элементы:

– заземление GND;

– источник напряжения (батарея) Е;

– резистор R;

– полупроводниковый диод D

– функциональный генератор G;

– осциллограф Ocs;

– измерительные приборы;

– точки соединения проводников.

ЗАДАНИЕ 1. Приобрести практические навыки исследования R – D делителя путем построения его рабочих точек, моделирования работы схемы и анализа результатов моделирования статическом режиме.

1. Создать на диске D в каталоге СТУДЕНТЫ подкаталог:

Электроника_Специальность_Номер варианта.

Например: Электроника_230106_ вариант-3

Схема делителя, в состав которого входят источник питания Е, резистор R и диод D представлена на рис.5.

Рис 5.

Исследованию подлежит идеальный диод, ВАХ которого представлена на рис.6.

Н

а) прямая ветвь ВАХ б) обратная ветвь ВАХ

Рис. 6.

а вход делителя подается постоянное напряжение источника питания Е=U_ВХ, полярность которого можно менять на противоположное Е⁺ на Е^–. Известны: тип диода D – идеальный, сопротивление резистора R=0,625 кОм, Е⁺= |Е^–|=50 В.

1. Определить положения рабочей точки графически, построив в одной и той же системе координат графики ВАХ резистора и ветвей ВАХ диода по изложенной выше методике. По положениям рабочих точек на графиках найти значения токов и напряжений при U_ВХ=Е⁺ (I_ПР, U_ПР.D, U⁺_R) и при U_ВХ=Е^– (I_ОБР, U_ОБР.D, U^–_R).

Скопировать ВАХ диода в отчет.

Рассчитать точки для построения линий ВАХ резистора R по выражению . Заполнить для отчета форму 1.

Форма 1
ВАХ резистора на прямой ветви при UВХ=Е^+			ВАХ резистора на обратной ветви при UВХ=Е^–
Точки	UПР D	IПР	Точки	UОБР D	IОБР
1	0В		1		0А
2	1В		2		-1,5*10^-13А

2. Построить по точкам две ВАХ резистора и определить положение двух рабочих точек.

Графики ВАХ с рабочими точками представить в отчёте.

Рассчитать прямое R_{D ПР} и обратное R_{D ОБР} сопротивления диода по формулам:

,

Полученные расчётные значения токов и напряжений и сопротивлений с обязательным обозначением единиц измерения занести в столбец «Расчетные данные» формы 2.

Форма 2.
Исследуемые параметры схемы делителя	Параметры: Е=50 В; R=625 Ом; тип диода - идеальный.
	Расчетные данные	Экспериментальные данные
UПР.D, (ед. изм.)
U^+R, (ед. изм.)
IПР (ед. изм.)
RD ПР(ед. изм.)
UОБР.D, (ед. изм.)
U^-R, (ед. изм.)
IОБР (ед. изм.)
RD ОБР(ед. изм.)

2. В среде программы Electronic WorkBench исследовать работу делителя.

Схема модели исследуемого R – D делителя напряжения изображена на рис.7.

С

Рис.7.

хема кроме измерительных приборов содержит переключатель К, с помощью которого можно изменять полярность напряжения, подаваемого на делитель. Переключатель управляется клавишей «пробел».

Собрать приведенную схему и выполнить моделирование её работы при напряжении источника Е разной полярности. Для этого переключателем К сначала подключить к делителю источник питания +Е и снять показания приборов. Затем подключить к делителю источник питания –Е и также снять показания приборов.

Полученные показания приборов с обязательным обозначением единиц измерения занести в столбец «Экспериментальные данные» формы 2.

3. Сохранить схему в файле с именем «RD-делитель-1-№вар» в созданном каталоге.

Например, для варианта 3: RD-делитель-1-3.

4. Выполнить сравнительный анализ значений расчетных данных с экспериментальными и по результатам анализа сформулировать выводы.

Задание 2. Исследовать свойства реального диода в схеме делителя напряжения с заданными значениями параметров входного сигнала и сопротивления резистора.

1. Использовать для исследования собранную схему (рис.7). Изменить значения параметров элементов по варианту, заданному преподавателем, согласно табл.1.

Таблица 1.
Параметры	Номера вариантов
Тип диода	1N4009	1N4148	1N4150	1N4448	D1N5820	1N4009	1N4148	1N4150	1N4448	D1N5820
EГm, V	36	85	60	90	20	42	60	40	45	10
R, k	0,18	0,47	0,11	0,18	0, 02	0,14	0,6	0,114	0,15	0,016

Тип диода выбирается командой Circuit/Component Properties/Models из соответствующих библиотек: national, general 1.

Графики ВАХ диодов приведены в ПРИЛОЖЕНИИ.

1. Определить положения рабочей точки графически, построив в одной и той же системе координат графики ВАХ резистора и реального диода по изложенной выше методике. По положениям рабочих точек на графиках найти значения токов и напряжений при U_ВХ=Е⁺ (I_ПР, U_ПР.D, U⁺_R) и при U_ВХ=Е^– (I_ОБР, U_ОБР.D, U^–_R). Графики ВАХ с рабочими точками представить в отчёте.

Полученные значения токов и напряжений с обязательным обозначением единиц измерения занести в столбец «Расчетные данные» формы 3.

Форма 3.
Исследуемые параметры схемы делителя	Параметры: Е=… В; R=….. Ом; тип диода - …...
	Расчетные данные	Экспериментальные данные
UПР.D, (ед. изм.)
U^+R, (ед. изм.)
IПР (ед. изм.)
RD ПР(ед. изм.)
UОБР.D, (ед. изм.)
U^-R, (ед. изм.)
IОБР (ед. изм.)
RD ОБР(ед. изм.)

2. Выполнить моделирование функционирования схемы и полученные результаты с обязательным обозначением единиц измерения занести в столбец «Экспериментальные данные» формы 2.

провести сравнительный анализ полученных результатов и сформулировать выводы.

ЗАДАНИЕ 3. Приобрести практические навыки исследования R – D делителя путем моделирования работы схемы в динамическом режиме и анализа результатов моделирования.

На вход делителя подается переменный сигнал типа «меандр» с амплитудой Е_gm.

С

Рис.8.

хема исследуемого R –D делителя напряжения изображена на рис.8.

1. Собрать приведенную схему для исследования выходного напряжения U_out(t)=U_D(t) и установить тип диода, параметр резистора: R и амплитуду входного сигнала Egm=E согласно номеру варианта из табл. 1.

Схему представить в отчете.

В качестве генератора прямоугольных импульсов G используется функциональный генератор, который подключается к делителю, формируя входной сигнал U_in.

Установить следующие параметры генератора:

форма выходного сигнала – прямоугольная,

частота выходного сигнала – 0.2Hz,

коэффициент заполнения – 50%,

амплитуда выходного сигнала – Egm, V,

смещение – 0.

Контронтрольно-измерительным прибором для наблюдения сигналов является осциллограф OSC, к каналу А которого подключен входной сигнал U_in (красный проводник), а к каналу В – выходной сигнал U_out=U_D (синий проводник).

Настроить осциллограф, установив следующие параметры:

режим развертки – Y/T (по вертикали – напряжение сигнала, по горизонтали – время);

длительность развертки (TIME BASE) – 1s/div (1 секунда/деление);

чувствительность обоих каналов (CHANNEL A, CHANNEL B) – в зависимости от значения амплитуды сигнала Egm (5, 10, 20) V/div (вольт/деление);

смещение по вертикали обоих каналов (Y POS) – 0.00;

режимы входов обоих каналов –DC (открытый вход).

2. Сохранить схему в файле с именем «RD-делитель-2-№вар» в созданном каталоге.

Например, для варианта 3: RD-делитель-2-3.

3. Запустить процесс моделирования путем нажатия кнопки, расположенной в правом верхнем углу экрана, в положение «1».

Наблюдать на экране осциллографа процесс изменения значений напряжений исследуемых сигналов во времени.

После заполнения экрана осциллографа остановить моделирование нажатием кнопки в положение «0».

Более детальное изображение полученной временной диаграммы с целью ее анализа можно получить путем включения подкоманды Analysis/Display Graphs.

Настроить в окне Analysis Graphs графического анализатора параметры отображаемых диаграмм, включить сетку, курсоры и др.

По изображению диаграммы найти амплитудные значения напряжений U_оut= U_ПР.D и U_out=U _ОБР.D.

Выполнить анализ полученных результатов, сравнив результаты расчетов с результатами моделирования.

4

Рис.9.

. Изменить схему делителя для исследования выходного напряжения U_Out(t)=U_R(t) путем взаимной перестановки элементов R и D как это изображено на рис.9.

Запустить процесс моделирования и наблюдать на экране осциллографа процесс изменения значений напряжений исследуемых сигналов во времени. Получить временные диаграммы выходных напряжений делителя.

По изображению диаграммы найти амплитудные значения выходных напряжений U_оut= U_R при заданных значениях входного сигнала U_in.

6. Выполнить анализ полученных результатов, сформулировав в отчете выводы по следующим вопросам:

1. Описать, как изменяется входное напряжение, подаваемое на делитель.

2. Качественно описать каково состояние диода при воздействии положительного входного напряжения. Какой ток в цепи, как распределены напряжения на элементах и почему.

3. Качественно описать каково состояние диода при воздействии отрицательного входного напряжения. Какой ток в цепи, как распределены напряжения на элементах и почему.

4. Сравнить расчетные и экспериментальные данные. Сформулировать вывод.