200101_jeimpt_lr_2012

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «ГОСУНИВЕРСИТЕТ-УНПК» УЧЕБНО-НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра «Приборостроение, метрология и сертификация»

М.Г. Захаров

ЭЛЕКТРОНИКА

И МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА

Методические указания по выполнению лабораторных работ

Дисциплина – «Электроника и микропроцессорная техника»

Для специальности 200101 «Приборостроение»

Орёл 2012

1

Автор:
доцент кафедры ПМиС	М.Г. Захаров
Рецензент:
к.т.н., доцент кафедры ПМиС	В.В. Мишин

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Электроника и микропроцессорная техника» предназначены для студентов специальности 200101 «Приборостроение» очной формы обучения.

Указания содержат общие положения по выполнению работ, требования к содержанию и оформлению отчетов, краткие теоретические сведения, описания и последовательность выполнения работ, контрольные вопросы, список рекомендуемой литературы.

Редактор М.В. Майоров

Технический редактор А.В. Селихов

ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК»

Лицензия ИД №00670 от 05.01.2000 г.

Подписано к печати __.__.2012. Формат 60x84 1/16 Усл. печ. л. 14. Тираж 15 экз.

Заказ № __ Отпечатано с готового оригинал-макета

на полиграфической базе ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», 302020, г. Орел, ул. Московская, 65

© ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», 2012

2

СОДЕРЖАНИЕ
Введение .....................................................................................................	5
1 Общие указания......................................................................................	7
1.1 Назначение и структура лабораторных работ ...............................	7
1.2 Подготовка к выполнению лабораторных работ...........................	7
1.3 Порядок выполнения лабораторной работы ..................................	7
1.4 Оформление отчета по работе .........................................................	8
2 Системные требования и основные возможности
ELECTRONICS WORKBENCH...............................................................	9
2.1 Требования к оборудованию и системным ресурсам ...................	9
2.2 Основные возможности Electronics Workbench.............................	9
3 Описание лабораторных работ ...........................................................	10
Лабораторная работа № 1. Исследование полупроводниковых
диодов .......................................................................................................	10
Лабораторная работа № 2. Исследование стабилитронов ..................	27
Лабораторная работа № 3. Источники вторичного
электропитания: исследование однополупериодных
и двухполупериодных выпрямителей ...................................................	36
Лабораторная работа № 4. Исследование мостового
выпрямителя ............................................................................................	49
Лабораторная работа № 5. Исследование выпрямителей
с емкостным фильтром на выходе.........................................................	53
Лабораторная работа № 6. Исследование биполярного
транзистора ..............................................................................................	64
Лабораторная работа № 7. Изучение методов задания
рабочей точки каскада и исследование схем
на биполярном транзисторе ...................................................................	82
Лабораторная работа № 8. Исследование работы
транзисторных усилителей...................................................................	106
Лабораторная работа № 9. Исследование характеристик
операционного усилителя ....................................................................	123
Лабораторная работа № 10. Исследование неинвертирующего
усилителя................................................................................................	131
Лабораторная работа № 11. Исследование инвертирующего
усилителя................................................................................................	137
Лабораторная работа № 12. Исследование инвертирующего
3

сумматора на ОУ ...................................................................................		144
Лабораторная работа № 13. Дифференцирующие
и интегрирующие схемы на основе ОУ ..............................................		152
Лабораторная работа № 14. Логические схемы и функции .............		159
Лабораторная работа № 15. Изучение структуры и функционирования
микро-ЭВМ с фиксированным набором команд……………………174
Литература .............................................................................................		187
Приложение А (справочное). Основные компоненты
ELECTRONICS ORKBENCH...............................................................		189
А.1	Структура окна и система меню ...................................................	189
А.2	Библиотека компонентов...............................................................	190
А.3	Контрольно-измерительные приборы..........................................	197
А.3.1 Приборы, расположенные в группе Indicators .........................		197
А.3.2 Приборы, расположенные в группе Instruments ......................		200
А.4	Редактирование и моделирование электронных схем ...............	206
Приложение Б (справочное). Система команд микропроцессора....		209
Приложение В (справочное). Структура команд микропроцессора 213
Приложение Г (справочное). Оформление титульного листа ..........		221

4

ВВЕДЕНИЕ

Существенный прогресс в развитии персональных компьютеров и современных информационных технологий привел к внедрению средств вычислительной техники практически во все сферы человеческой деятельности. Не исключением являются и области, занимающиеся разработкой микроЭВМ и различных типов электронных устройств.

Проектирование электронного устройства, как и любых технических средств, обычно после зарождения идеи, кроме прочих, сопровождается несколькими этапами, связанными с физическим моделированием. В зависимости от сложности устройства физическое моделирование обычно требует тех или иных затрат, материальных и временных ресурсов, может повторяться многократно в процессе отработки и совершенствования изделия. В этом случае от начала разработки изделия и до его выхода на потребительский рынок проходит достаточно много времени. Это приводит к удорожанию изделия и его определенному моральному старению.

Решением проблемы является математическое моделирование с использованием специализированного программного обеспечения. В настоящее время известно большое число программных средств, решающих указанные задачи. Однако, как отмечается многими специалистами, на начальном этапе освоения проблематики схемотехнического моделирования предпочтение следует отдать программе Electronics Workbench (EWB), что объясняется простотой ее освоения и наглядностью выполняемых действий [1].

Особенностью программы EWB является наличие контрольно-из- мерительных приборов, по внешнему виду, органам управления

ихарактеристикам максимально приближенных к их промышленным аналогам, что способствует приобретению практических навыков работы с наиболее распространенными приборами: мультиметром, осциллографом, измерительным генератором и др.

Процесс моделирования в EWB максимально приближен к реальному эксперименту. Осуществляя естественную последовательность действий по сборке схемы, подключению измерительных приборов

ивыбору режимов их функционирования, а также указанию параметров входных сигналов и воздействий на схему, исследователь получает результаты измерений, в привычной форме отображаемые на дисплее компьютера.

5

Практикум позволяет освоить основные приемы схемотехнического моделирования, углубить и систематизировать теоретические знания, получить практических навыки исследования электронных устройств различного назначения.

Предлагаемые лабораторные работы являются необходимой базой не только для дальнейшего освоения более сложных программ моделирования и автоматизированного проектирования, но и являются предпосылкой для пробуждения интереса к самостоятельному изучению и проектированию электронных устройств, успешному выполнению курсовых работ и проектов.

6

1 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1.1 Назначение и структура лабораторных работ

Лабораторные работы направлены на углубление и закрепление знаний по основным теоретическим вопросам изучаемой дисциплины, а также на получение практических навыков исследования, анализа принципа действия элементной базы электроники и электронных устройств различной сложности и назначения.

Каждая лабораторная работа сопровождается сформулированной целью, перечнем используемых элементов и приборов, сведениями из теории, описанием методики проведения экспериментальных исследований, формой представления результатов исследований и контрольными вопросами.

1.2 Подготовка к выполнению лабораторных работ

Подготовка к выполнению лабораторных работ заключается

визучении теоретической части работы по рекомендуемой литературе и конспектам лекций. В описании каждой работы приведены вопросы для самоконтроля, краткие ответы на них должны быть письменно изложены в отчете. В случае необходимости приводятся схемы, графики и другие иллюстрационные материалы. Подготовка к работе осуществляется студентом самостоятельно (вне аудиторных занятий). Консультации проводятся преподавателями, ведущими лабораторные занятия

вустановленном порядке.

На лабораторные занятия студент должен явиться подготовленным, с оформленной теоретической частью отчета. Форма контроля – проверка отчетов, зачет по теоретической части работы.

1.3 Порядок выполнения лабораторной работы

По усмотрению ведущего преподавателя на занятие выносится одна или несколько работ с учетом их сложности. Таким образом, работа (работы) выполняется за одно посещение лаборатории, т.е. за че-

7

тыре академических часа. Лабораторные работы выполняются по единому графику, что дает возможность студентам правильно спланировать свою самостоятельную работу по подготовке к лабораторным занятиям.

При проведении занятий первый час отводится зачету по теоретической части работы (работ). За последующие два часа необходимо выполнить экспериментальную часть работы, провести необходимые расчеты, сделать выводы, завершить оформление отчета. Последний час лабораторных занятий отводится обсуждению полученных результатов и отчету по работе.

1.4 Оформление отчета по работе

Отчет по работе оформляется каждым студентом индивидуально на листах стандартного формата (297 х 210). Допускается использование листов, извлеченных из ученических тетрадей. Образец оформления титульного листа представлен в прил. Б.

Схемы, графики, таблицы необходимо выполнять в соответствии с требованиями ЕСКД, с помощью чертежных инструментов или современных средств оформления технической документации с использованием персонального компьютера [2,3]. Небрежно оформленные отчеты не рассматриваются.

Отчет по теоретической части работы должен содержать изложение цели работы и письменные ответы на вопросы для самопроверки. Ответы следует излагать кратко, по существу. Содержание отчета по экспериментальной части, которое изложено в описании каждой работы, должно иллюстрировать ее выполнение. Шаблон отчета приводится в методических описаниях к каждой лабораторной работе в разделе «Содержание отчета».

8

2СИСТЕМНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ И ОСНОВНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ELECTRONICS WORKBENCH

2.1 Требования к оборудованию и системным ресурсам

Установка системы моделирования и анализа электронных схем EWB 5.0 осуществляется на IBM-совместимый компьютер с манипулятором типа мышь. Для комфортной работы требуется процессор не ниже Pentium Pro. Программа рассчитана на использование в среде Windows 95/98 и NT 3.51 с требуемым объемом дисковой памяти не менее 16 Мбайт. Для размещения временных файлов необходимо дополнительно от 10 до 20 Мбайт [4].

2.2 Основные возможности Electronics Workbench

EWB позволяет строить и исследовать различные схемы при помощи следующих операций:

­выбор элементов, приборов и их перемещение в рабочем

поле;

­поворот элементов на углы кратные 90 градусам;

­копирование, вставка, удаление элементов и схем;

­редактирование соединений и параметров используемых элементов;

­одновременное подключение нескольких измерительных приборов, произведение измерения и наблюдения исследуемых процессов;

­	изменение диапазонов измерений приборов и режимов
их работы;
­	осуществление различных входных воздействий на исследуемую

схему.

Все операции производятся при помощи мыши и клавиатуры.

9

3 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРЫХ РАБОТ

Лабораторная работа № 1 Исследование полупроводниковых диодов

1.1 Цель работы

1.Исследование напряжения и тока диода при прямом и обратном смещении p-n-перехода.

2.Построение и исследование вольтамперной характеристики (ВАХ) для полупроводникового диода.

3.Исследование сопротивления диода при прямом и обратном смещении по вольтамперной характеристике.

4.Анализ сопротивления диода (прямое и обратное смещение) на переменном и постоянном токе.

5.Измерение напряжения изгиба вольтамперной характеристики.

1.2 Приборы и элементы

Функциональный генератор – группа Instruments Мультиметр – группа Instruments Осциллограф – группа Instruments

Источник постоянного напряжения – группа Sources Диод 1N4001 – Группа Diodes

Резисторы – группа Basic

1.3 Краткие сведения из теории

Электронно-дырочный переход и его свойства. Электронно-ды-

рочным переходом называют тонкий слой между двумя частями полупроводникового кристалла, в котором одна часть имеет электронную, а другая – дырочную электропроводность [5]. Технологический процесс создания электронно-дырочного перехода может быть различным: сплавление (сплавные диоды), диффузия одного вещества в другое (диффузионные диоды), эпитаксия – ориентированный рост одного

10