Электроника 1.2 / ЛР_1

Схема 4. Схема исследования резистивного делителя напряжения постоянного тока с потенциометром (пунктир означает, что для измерения напряжений необходимо переключать вход вольтметра на вход или выход делителя).

вых

= ,

также

вых

=

17

вх

вх

8+ 17

1.

0.88 В

=

17′

=> 17′ = 2,14 кОм;

5 В

17′ + 10 кОм

2.

1.03 В

=

17′

=> 17′ = 2,59 кОм;

5 В

17′ + 10 кОм

3.

1.64 В

=

17′

=> 17′ = 4,88 кОм;

5 В

17′ + 10

кОм

Последнее полученное значение является максимальным возможным для потенциометра 17 = 4.88 кОм .

Вывод: таким образом, изменяя сопротивление потенциометра, было правильно рассчитано входное напряжение, выходное напряжение и коэффициент делителя напряжения (чем выше сопротивление, тем выше выходное напряжение).

3.7.Исследование работы последовательной RC-цепи с помощью функционального генератора и осциллографа

Соберите схему последовательной RC-цепи.

Схема 5. Схема исследования последовательной RC-цепи.

Рассчитайте частоту среза RC-цепи и установите близкое к ней значение частоты на функциональном генераторе. Сопоставьте между собой полученные значения напряжений с ожидаемым результатом и сделайте вывод о правильности выполненной работы.

Частота среза RC-цепи: ср =	1	=	1		= 1539.22 Гц
	2· · ·		2·3.14·2.2 кОм ·47 нФ

Для первого канала характерна максимальная амплитуда равная Umax=1.0253 В. А действующее значение Uдейств=0.592 В.

Uном=0.655 В

Для второго канала характерна максимальная амплитуда равная Umax=898.73 мВ. А действующее значение Uдейств=0.635 В.

Uном=0.697 В

Отклонения от номинального значения минимальны, следовательно, измерения выполнены правильно.

Фазовый сдвиг равен: | | = 1.6582 ; | | = 54.984 мкс.

Частота: | 1 | = 18.187 кГц.

Рисунок 7. Значения последовательной RC-цепи с помощью функционального генератора и осциллографа.

3.8.АЧХ/ФЧХ RC-цепи.

Соберите схему исследуемой цепи.

Схема 6. Схема исследования RC-цепи с анализатором Боде.

Рисунок 8. АЧХ RC-цепи.

Рисунок 9. ФЧХ RC-цепи.

3.9.Реакция RC-цепи на последовательность прямоугольных импульсов

Собираем схему для исследования последовательной RC-цепи.

Схема 7. Схема исследования последовательной RC-цепи.

Подсчитайте постоянную времени исследуемой цепи и на ее основе установите частоту следования импульсов с периодом Т ≈ (2·π)·10·τ.

Получите осциллограммы входного и выходного напряжений цепи и определите по ним постоянную времени. Сравните расчетное и экспериментальное значения постоянной времени. Поясните изменения выходного напряжения с помощью коммутационных законов электротехники.

1.τ = R·C = 2.2 кОм·47 нФ = 0.1034 мс;

2.Т ≈ (2·π) ·10·τ ≈ (2·π) ·10· 0.1034∙ 10−3 = 0.0065 с.

Рисунок 10. Последовательность прямоугольных импульсов.

Вывод: в данной лабораторной работе, были получены навыки работы в программно-аппаратной среде NI ELVIS III и изучены основные свойства простейших электрических цепей.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ:

1.1.Каким образом включается и выключается аппаратура лабораторного комплекса, работающего в среде NI ELVIS III?

Программное обеспечение NI ELVIS III запускается только при подключенном и работающем лабораторном стенде, выключатель питания которого находится на задней стенке.

1.2.Как выбрать и инициировать приборы и устройства (Digital Multimeter, Current Voltage Analyzer, Variable Power Supplies, Function Generator, Oscilloscope, Bode Analyzer) среди набора интерактивных инструментов?

1. Откройте Measurements Live на компьютере; 2. Нажмите на иконку

MEASURE. В меню Manage Device Connection нажмите кнопку

«Connect»; 3. Откройте панель виртуальных инструментов и выберите необходимый инструмент.

1.3.Составьте схему измерения сопротивления без использования омметра (предложите несколько вариантов нахождения значения сопротивления).

Измерение сопротивлений методом амперметра — вольтметра. Метод определения сопротивлений с помощью амперметра и вольтметра является косвенным, так как в этом случае по показаниям приборов I и U, пользуясь формулой закона Ома, находят искомое сопротивление.

1.4.Приведите на одном графике вольт-амперные характеристики маломощных кремниевого диода и диода Шоттки. Укажите ожидаемые значения напряжений.

1.5.Поясните работу схемы для снятия ВАХ диодов.

Снятие ВАХ осуществляется с помощью анализатора ВАХ двухполюсников «Current-Voltage Analyzer» в режиме «Diode».

Исследуемый двухполюсник подключается к выводам анализатора DUT+ и DUTрабочей станции.

ВАХ представляет собой график зависимости тока, протекающего через диод, от прикладываемого напряжения. Процесс снятия вольтамперной характеристики полупроводникового диода разделен на две части в зависимости от полярности подаваемого на диод напряжения: 1) измерение в прямом направлении, 2) измерение в обратном направлении.

При получении ВАХ диодов необходимо следить за их включением (прямым или обратным), а также за выбором пределов изменения напряжения (Start, Stop, Step) и его полярности, чтобы не было превышения токов по сравнению с обозначенными на виртуальной панели предельными значениями.

1.6.Изобразите и поясните работу схемы, с помощью которой снимаются выходные ВАХ транзистора.

При получении выходных ВАХ транзистора необходимо задать количество кривых в характеристиках и следить за выбором пределов изменения выходного напряжения, чтобы не вызывать превышения токов коллектора по сравнению с обозначенными на виртуальной панели предельными значениями.

1.7.По каким схемам снимаются входные ВАХ транзистора при различных значениях его выходного напряжения?

1.8.Приведите схемы регулирования напряжения постоянного тока с помощью делителя напряжения с переменным сопротивлением (потенциометром).

1.9.Изобразите ожидаемые АЧХ и ФЧХ исследуемой RC-цепи.

1.10.Поясните работу лабораторной установки в режиме «свипированной» (качающейся или изменяющейся) частоты генератора, когда можно просмотреть изменения амплитуды и фазы выходного напряжения в зависимости от частоты входного сигнала.

Для того чтобы посмотреть изменения амплитуды и фазы выходного напряжения в зависимости от частоты сигнала, нужно перевести работу генератора в режим «свипирования» (FGen/Arb, Channel 1, в выпадающем меню выбрать «Sweep»). С этой целью, зная частоту среза цепи, установите начальное (Start Frequency) и конечное (Stop Frequency) значения частот для исследования цепи, а также шаг изменения частоты (Step) и временной интервал (Step Interval) между последовательными изменениями частоты генерируемого сигнала (рекомендуется устанавливать время более 1000 ms).

1.11.Рассчитайте значение фазового сдвига между входным и выходным напряжениями исследуемой RC-цепи на частоте среза?

Фазовый сдвиг равен: |ΔV|=1.6582 B;

1.12.Рассчитайте асимптоты значений модуля коэффициента передачи и фазового сдвига цепи, если частота сигнала стремится к нулю или к бесконечно большому значению.

Если частота сигнала стремится к 0, то				→ 1, → 0; если частота
			→ (−)
сигнала стремится к ∞, то	→ 0,				.
				⁄

1.13.Поясните, каким образом, используя осциллограф, можно измерять значения фазового сдвига между входным и выходным напряжениями. Для реализации метода линейной развертки используют двухканальный или двухлучевой осциллограф (или однолучевой осциллограф с электронным коммутатором). На экране получается изображение синусоидальных сигналов.

1.14.Приведите расчет переходной характеристики RC-цепи.

( ) = −⁄

1.15.Как по экспериментальным данным, полученным в ходе эксперимента по изучению воздействия последовательности прямоугольных импульсов на входе RC-цепи, определить постоянную времени исследуемой цепи? Приведите графические построения.

τ = R·C, [с].

1.16.Как сохраняются и обрабатываются полученные при экспериментах данные? Приведите на конкретном примере алгоритм действий. Результаты измерения в числовом виде, полученные с помощью виртуальных приборов можно сохранить в формате CSV. Для

этого в правом верхнем углу браузера нажать соответствующую кнопку. Полученные числовые данные можно визуализировать в виде графических зависимостей в Microsoft Office Excel.

Если необходимо сохранить различные графические данные, полученные в ходе выполнения лабораторной работы, то их фиксация осуществляется кнопкой, расположенной в правом верхнем углу браузера. Эти графики можно также видоизменить с помощью имеющегося программного обеспечения.