- •Т аблица
- •Электроника
- •Лабораторная работа №1 Исследование стабилизаторов
- •Краткая теория
- •Методика выполнения
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2 Исследование решающих усилителей на базе оу Краткая теория
- •Инвертирующий усилитель
- •Неинвертирующий усилитель
- •Усилитель с единичным коэффициентом усиления (повторитель напряжения)
- •Сумматор (суммирующий усилитель)
- •Методика выполнения
- •Контрольные вопросы
- •2. Напишите выражения для коэффициентов усиления схем умножения на постоянный коэффициент с инвертированием и без инвертирования входного напряжения.
- •Компараторы
- •Прецизионные выпрямители
- •Методика выполнения
- •Контрольные вопросы
- •Генератор колебаний треугольной формы
- •Методика выполнения
- •Контрольные вопросы
- •Генератор синусоидальных колебаний
- •Методика выполнения
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №6 Исследование генераторов на интегральном таймере кр1006ви1
- •Краткая теория
- •МЕтодика выполнения
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7 Исследование пассивных и активных фильтров Краткая теория
- •Методика выполнения
- •Методика выполнения
- •Контрольные вопросы
- •Приложение 1
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Электроника
- •443100, Г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Главный корпус
- •443100, Г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Корпус № 8
Т аблица
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф ЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
_______________________________________________________________
К а ф е д р а «Вычислительная техника»
Электроника
Методические указания
к лабораторным работам
Самара 2006
Составители: В.Н. Ерицев, В.П. Золотов, С.М. Крылов
УДК 681.324
Электроника: Метод. указ. к лаб. работам/ Самар. гос. техн. ун-т; Сост. В.Н. Ерицев, В.П. Золотов, С.М. Крылов. - Самара, 2006. - 56с.
Рассмотрены вопросы построения широкого круга электронных схем: освещена работа параметрического стабилизатора, достаточно подробно изложена теория работы основных электронных устройств на базе операционных усилителей, генератора на интегральной микросхеме, пассивных и активных фильтров, некоторых логических элементов. Изложена методика проведения лабораторных занятий, приведены контрольные вопросы для оценки качества усвоения материала.
Предназначены для студентов специальности 230101 «Электронные вычислительные машины, комплексы, системы и сети» всех форм обучения и ряда других специальностей, ориентированных на углублённое знание курса электроники.
Ил. 36. Табл. 16. Библиогр.: 5 назв.
Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ
Лабораторная работа №1 Исследование стабилизаторов
Целью работы является приобретение навыков в расчете и экспериментальном исследовании стабилизаторов напряжения.
Краткая теория
В ыходное напряжение выпрямительных схем источников электропитания может иметь недопустимо большие пульсации и зависеть от колебаний напряжения сети и от изменения нагрузки. Для ослабления влияния этих факторов используют стабилизаторы напряжения. В схемах стабилизаторов обязательно наличие некоторого опорного (эталонного) напряжения. В качестве источника такого напряжения обычно применяют стабилитроны. Вольт-амперная характеристика полупроводникового стабилитрона приведена на рис. 1.1,а.
Рис. 1. 1
В стабилитронах используется свойство незначительного изменения обратного напряжения на p-n переходе при электрическом (лавинном или туннельном) пробое. Участок 1-2 на рис. 1.1,а является рабочим участком вольт-амперной характеристики стабилитрона. При снятии характеристики стабилитрона бывает удобно по горизонтальной оси откладывать ток через стабилитрон, как это показано на рис. 1.1,б.
Основным параметром прибора является напряжение стабилизации Uст, обычно сопровождаемое указанием тока Iст, при котором оно измерено. На рис. 1.1,б этому соответствует Uст тест при токе Iст тест. Нередко этой точке соответствует минимальная температурная зависимость напряжения стабилизации. Точке 1 соответствует минимальный ток стабилитрона Iст. мин, при котором наступает пробой и, собственно, с которой начинается стабилизация. Обычно эта величина составляет около 3 мА. Точке 2 соответствует максимальный ток стабилитрона Iст. мак, достижение которого еще не приводит к тепловому пробою p-n перехода. В зависимости от типа стабилитрона величина Iст. мак может быть от нескольких миллиампер до 1,5 А.
Параметром, характеризующим наклон рабочего участка характеристики, является динамическое сопротивление стабилитрона:
rд = (U2 - U1) / (I2 - I1) = Uст / Iст . (1.1)
Эта величина для низковольтных стабилитронов находится в пределах 1–30 Ом, а для высоковольтных — 18–300 Ом.
С использованием стабилитрона строятся параметрические стабилизаторы напряжения. Типовая схема такого стабилизатора приведена на рис. 1.2. Она состоит из добавочного сопротивления R1 и стабилитрона VD. Выходное напряжение Uвых на нагрузке Rн совпадает с напряжением стабилизации Uст стабилитрона.
Рис .1.2
Техническое задание на проектирование стабилизатора может быть поставлено по-разному. В лабораторной работе исходными данными для расчета стабилизатора напряжения являются:
1) выходное стабилизированное напряжение Uст = Uвых ;
2) номинальное значение тока нагрузки Iн, а, следовательно, и сопротивление нагрузки R н;
3) относительные отклонения δ+ и δ– входного напряжения стабилизатора от номинального значения Uвх ном и сопротивления Rн .
Приведем основные соотношения, необходимые для расчета стабилизатора. На основании законов Кирхгофа
I = Iст + Iн ; (1.2)
Uвх = I*Rд + Uвых . (1.3)
Отсюда для тока стабилитрона можно получить
Iст = (Uвх – Uвых) / R1 – Uвых / Rн. (1.4)
В условиях нормальной работы стабилизатора напряжение на нагрузке Uвых = Uст изменяется незначительно, так что для простоты можно считать его постоянным. Тогда Iст будет изменяться только от изменения Uвх и сопротивления нагрузки Rн.
Расчет стабилизатора фактически сводится к определению номинального значения входного напряжения Uвх и выбору сопротивления R1 так, чтобы при наихудших условиях ток через стабилитрон не становился меньше минимального и больше максимального:
Iст. мин <= Iст <= Iст. макс. (1.5)
Номинальное значение напряжения питания стабилизатора Uвх ном (обычно это напряжение выпрямителя) вычисляется по формуле
. (1.6)
Если знаменатель получается отрицательным, то необходимо уменьшить пределы нестабильности выходного напряжения или/и диапазон изменения тока нагрузки или использовать стабилитрон с большим Iст мак.
Сопротивление резистора R1 вычисляют по формуле
. (1.7)
Максимальные мощности, рассеиваемые резистором и стабилитроном, рассчитывают по формулам
; (1.8)
Pст мак = Uвых*Iст. мак . (1.9)
Показателем качества стабилизации напряжения служит коэффициент стабилизации Kст, показывающий, во сколько раз относительное приращение выходного напряжения меньше вызвавшего его относительного приращения входного напряжения:
Kст =δUвх / δUвых = (Uвх / Uвх ном) / (Uвых / Uвых ном) . (1.10)
Если известно динамическое сопротивление стабилитрона, то коэффициент стабилизации можно вычислить по формуле
. (1.11)
Коэффициент сглаживания пульсаций, обеспечиваемый параметрическим стабилизатором, близок к Kст.
В общем случае значения коэффициента стабилизации различны на каждом участке характеристики стабилизатора.
Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора обычно не превышает 20 –50.
Выходное сопротивление стабилизатора рассматриваемого типа
Rвых = rд || R1 rд . (1.12)
Параметры стабилизатора можно улучшить, если для обеспечения постоянства выходного напряжения включить между входным напряжением и сопротивлением нагрузки какой-нибудь элемент с регулируемым сопротивлением. Устроенные таким образом стабилизаторы называют последовательными стабилизаторами.
П ростейшим последовательным стабилизатором напряжения является эмиттерный повторитель, база транзистора которого подключена к источнику опорного напряжения, как это показано на рис. 1.3,а.
Р и с. 1.3
Из рис. 1.3,а видно, что выходное напряжение Uвых определяется выражением
Uвых = Uст – Uбэ . (1.13)
Следовательно, в этой схеме выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона на величину падения напряжения на переходе база–эмиттер открытого транзистора (около 0,5 – 0,7 В). Из-за наличия отрицательной обратной связи по напряжению выходное сопротивление стабилизатора мало и может составлять доли ома.
Если необходимо регулировать выходное напряжение, то на базу следует подавать часть опорного напряжения, снимаемого с движка потенциометра, как это показано на рис. 1.3,б. Сопротивление потенциометра обычно в (2 – 5) раз больше, чем R1.