200101_jeimpt_lr_2012

Рисунок 5.2 – Схема для исследования однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром

Рисунок 5.3 – Схема для исследования двухполупериодного выпрямителя с емкостным фильтром

61

5.4 Порядок проведения экспериментов

Эксперимент 1. Определение коэффициента пульсации однополупериодного выпрямителя

а) Определение максимума – минимума выходного напряжения

Создайте схему (рис. 5.2) [12]. На вход «А» осциллографа подается входное напряжение, а на вход «В» – выходное. Включите схему. Измерьте максимум U2max и минимумом U2min выходного напряжения по показаниям осциллографа. Рассчитайте разность между максимумом и минимумом выходного напряжения U2. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжений в раздел «Содержание отчета» (рис. 5.4).

б) Вычисление среднего значения выходного напряжения

Вычислите среднее значение выходного напряжения Ud по результатам измерений, воспользовавшись формулой (5.8). Результат запишите в раздел «Содержание отчета».

в) Определение постоянной составляющей выходного напряжения

Измерьте постоянную составляющую выходного напряжения мультиметром. Результат запишите в раздел «Содержание отчета». Сравните значения, полученные обоими методами.

г) Определение коэффициента пульсации выходного напряжения

Вычислите коэффициент пульсации выходного сигнала по формуле (5.9). Результат запишите в раздел «Содержание отчета».

Эксперимент 2. Определение коэффициента пульсации однополупериодного выпрямителя при изменении емкости фильтра

а) Определение максимума – минимума выходного напряжения

Отключите мультиметр в схеме (рис. 5.2). Установите емкость конденсатора равной 100 мкФ. Включите схему. Измерьте максимум U2max и минимум U2min выходного напряжения осциллографом. Рассчитайте разность между максимумом и минимумом выходного напряженияU2. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжений в раздел «Содержание отчета» (рис. 5.5).

б) Вычисление среднего значения выходного напряжения

Вычислите среднее значение выходного напряжения Ud по результатам измерений, воспользовавшись формулой (5.8). Результат запишите в раздел «Содержание отчета».

62

в) Определение постоянной составляющей выходного напряжения

Измерьте постоянную составляющую выходного напряжения мультиметром. Результат запишите в раздел «Содержание отчета». Сравните значения, полученные обоими методами.

г) Определение коэффициента пульсации выходного напряжения

Вычислите коэффициент пульсации выходного напряжения по формуле (5.9). Результат запишите в раздел «Содержание отчета».

Эксперимент 3. Определение коэффициента пульсации однополупериодного выпрямителя при изменении тока нагрузки

а) Определение максимума – минимума выходного напряжения

Установите емкость конденсатора в схеме рис. 5.2 равной 470 мкФ. Измените сопротивление резистора нагрузки до 200 Ом. Включите схему. Измерьте максимум U2max и минимумом U2min выходного напряжения по показаниям осциллографа. Рассчитайте разность U2 между максимумом и минимумом выходного напряжения. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжений в раздел «Содержание от-

чета» (рис. 5.6).

б) Вычисление среднего значения выходного напряжения

Вычислите среднее значение выходного напряжения Ud по результатам измерений, воспользовавшись формулой (5.8). Результат запишите в раздел «Содержание отчета».

в) Определение постоянной составляющей выходного напряжения

Измерьте постоянную составляющую выходного напряжения мультиметром. Результат запишите в раздел «Содержание отчета». Сравните значения, полученные обоими методами.

г) Определение коэффициента пульсации выходного напряжения

Вычислите коэффициент пульсации выходного напряжения по формуле (5.9). Результат запишите в раздел «Содержание отчета».

Эксперимент 4. Определение коэффициента пульсации двухполупериодного выпрямителя

а) Определение максимума – минимума выходного напряжения

Создайте схему (рис. 5.3). На вход «А» осциллографа подается входное напряжение, а на вход «В» – выходное. Включите схему. Измерьте максимум U2max и минимумом U2min выходного напряжения по показаниям осциллографа. Рассчитайте разность между максимумом и минимумом выходного напряжения U2. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжений в раздел «Содержание отчета» (рис. 5.7).

63

б) Вычисление среднего значения выходного напряжения

Вычислите среднее значение выходного напряжения Ud по результатам измерений, воспользовавшись формулой (5.8). Результат запишите в раздел «Содержание отчета».

в) Определение постоянной составляющей выходного напряжения

Измерьте мультиметром постоянную составляющую выходного напряжения. Результат запишите в раздел «Содержание отчета». Сравните значения, полученные обоими методами.

г) Определение коэффициента пульсации выходного напряжения

Вычислите коэффициент пульсации выходного напряжения по формуле (5.9). Результат запишите в раздел «Содержание отчета».

5.5 Содержание отчета

Эксперимент 1. Определение коэффициента пульсации однополупериодного выпрямителя

а) Определение максимума – минимума выходного напряжения

Максимальное выходное напряжение

(измерение), U2max = _________ В

Минимальное выходное напряжение (измерение), U2min = ______ В Разность между максимумом и минимумом выходного

напряжения (расчет), U2 = _________ В

б) Вычисление среднего значения выходного напряжения

Среднее значение выходного напряжения (расчет), Ud = ____ В

в) Определение постоянной составляющей выходного напряжения

Среднее значение выходного напряжения по показаниям мультиметра (измерение), Ud = _________ В

г) Определение коэффициента пульсации выходного напряжения

Коэффициент пульсаций выходного сигнала (расчет), q = ____

64

Рисунок 5.4 – Осциллограммы напряжения однополупериодного выпрямителя с фильтром С1 = 470 мкф, Rd = RL = 100 Ом

Эксперимент 2. Определение коэффициента пульсации однополупериодного выпрямителя при изменении емкости фильтра

а) Определение максимума – минимума выходного напряжения

Рисунок 5.5 – Осциллограммы напряжения однополупериодного выпрямителя с фильтром С1 = 100 мкф, Rd = RL = 100 Ом

Максимальное выходное напряжение
(измерение),	U2min = _______ В
Минимальное выходное напряжение
(измерение),	U2 = _______ В
Разность между максимумом
и минимумом выходного напряжения
(расчет),	U2max = _______ В
65

б) Вычисление среднего значения выходного напряжения

Среднее значение выходного напряже-		Ud = _________ В
ния (расчет),
в) Определение постоянной	составляющей		выходного
напряжения
Среднее значение выходного
напряжения по показаниям мультиметра		Ud = _________ В
(измерение),
г) Определение коэффициента пульсации выходного напряжения
Коэффициент пульсаций выходного сигнала			q = _______
(расчет),

Эксперимент 3. Определение коэффициента пульсации однополупериодного выпрямителя при изменении тока нагрузки

а) Определение максимума – минимума выходного напряжения

Рисунок 5.6 – Осциллограммы напряжения однополупериодного выпрямителя с фильтром С1 = 470 мкф, Rd = RL = 200 Ом

Максимальное выходное напряжение	(расчет),
(измерение),	U2max = ________
Минимальное выходное напряжение	В
(измерение),	U2min = ________ В
Разность между максимумом
и минимумом выходного напряжения	U2 = ________ В
б) Вычисление среднего значения выходного напряжения
Среднее значение выходного напряжения	Ud = ________ В
(расчет),

в) Определение постоянной составляющей выходного напряжения

Среднее значение выходного напряже-
ния по показаниям мультиметра (измере-	Ud = ________ В
ние),
г) Определение коэффициента пульсации выходного напряжения
Коэффициент пульсаций выходного сигнала	q = __________
(расчет),

Эксперимент 4. Определение коэффициента пульсации двухполупериодного выпрямителя

а) Определение максимума – минимума выходного напряжения

Максимальное выходное напряжение (из-	U2max = ______ В
мерение),
Минимальное выходное напряжение (изме-	U2min = ______ В
рение),
Разность между максимумом и	U2 = _____ В
минимумом выходного напряжения (расчет),
б) Вычисление среднего значения выходного напряжения
Среднее значение выходного напряжения	Ud = ______ В
(расчет),
в) Определение постоянной составляющей выходного
напряжения
Среднее значение выходного напряжения
по показаниям мультиметра (измерение),	Ud = ______ В

г) Определение коэффициента пульсации выходного напряжения

Коэффициент пульсаций выходного сигнала (расчет), q = ______

Рисунок 5.7 – Осциллограммы напряжения двухполупериодного выпрямителя с фильтром С1 = 470 мкф, Rd = RL = 100 Ом

5.6 Вопросы для самопроверки

1.Какие функции выполняет фильтр в схеме выпрямителя?

2.Выведите формулу для расчета среднего значения выходного напряжения выпрямителя с емкостным фильтром на выходе.

3.В каком диапазоне напряжений может изменяться среднее значение выходного напряжения выпрямителя с емкостным фильтром на выходе?

4.Какие факторы влияют на величину коэффициента пульсации выпрямителя с емкостным фильтром на выходе?

5.Сравните средние значения выходного напряжения для схем однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей с емкостным фильтром на выходе при одинаковых нагрузках.

6. Сравните коэффициенты пульсаций	в однополупериодном
и двухполупериодном выпрямителе с	емкостным фильтром
на выходе.

7.Будут ли отличаться средние значения выходного напряжения однополупериодной и двухполупериодной схем выпрямления с емкостным фильтром, если сопротивление нагрузки равно бесконечности?

8.Будет ли влиять частота входного напряжения выпрямителя на среднее значение выходного напряжения и на коэффициент пульсации при фиксированных значениях емкости фильтра и сопротивления нагрузки?

Лабораторная работа № 6 Исследование биполярного транзистора

6.1 Цель работы

1.Исследование зависимости тока коллектора от тока базы и напряжения база-эмиттер.

2.Анализ зависимости коэффициента усиления по постоянному току от тока коллектора.

3.Получение входных и выходных характеристик транзистора.

4.Определение коэффициента передачи по переменному току.

68

5. Исследование динамического входного сопротивления транзистора.

6.2 Приборы и элементы

Источники постоянного напряжения – группа Sources Источники переменного напряжения группа Sources

–

Амперметры – группа Indicators Вольтметры – Группа Indicators Осциллограф – группа Instruments

Биполярный транзистор 2N3904 – группа Transistors Диод 1N4001 – группа Diodes

Резисторы – группа Basic

6.3 Краткие сведения из теории

Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор, имеющий два взаимодействующих между собой p-n-перехода [5]. В зависимости от последовательности чередования областей с различным типом проводимости различают n-p-n-транзисторы и p-n-p-транзисторы. Упрощенное устройство плоскостного n-p-n-транзистора приведено на рис. 6.1, а, его условное обозначение – на рис. 6.1, б, схема замещения – на рис. 6.1, в. Аналогичные представления для p-n-p-транзистора приведены на рис. 6.1, г, д, е.

Средняя часть рассматриваемых структур называется базой, одна крайняя область – коллектором, а другая – эмиттером. В несимметричных структурах электрод базы располагается ближе к эмиттеру, а ширина базы зависит от частотного диапазона транзистора и с повышением частоты уменьшается. В зависимости от полярности напряжений, приложенных к электродам транзистора, различают следующие режимы его работы: линейный (усилительный), насыщения, отсечки и инверсный.

В линейном режиме работы транзистора эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном. В режиме насыщения оба перехода смещены в прямом направлении, а в режиме отсечки – оба в обратном. В инверсном режиме коллекторный переход

69

смещен в прямом направлении, а эмиттерный – в обратном. Возможен еще один режим, который не является рабочим – это режим пробоя [6,

Рисунок 6.1 – Устройство n-p-n-транзистора (а), его условное обозначение (б) и схема замещения (в). Устройство р-п-р-транзистора (г), его условное обозначение (д) и схема замещения (с).

7].

Работа транзистора основана на управлении токами электродов

взависимости от приложенных к его переходам напряжений.

Влинейном режиме, когда переход база-эмиттер открыт благодаря

приложенному к нему напряжению EЭ U БЭ , через него протекает ток базы IБ. Протекание тока базы приводит к инжекции зарядов из области коллектора в область базы, причем ток коллектора определяется как iK iБ , где в – коэффициент передачи тока базы. Прямое напряжение

UБЭ на эмиттерном переходе связано с током коллектора уравнением Эберса – Молла [5]

i	K	I	КБ.О	eU БЭ Т	1 ,	(6.1)

где IКБ.О – обратный ток коллекторного перехода при его обратном смещении, φТ – тепловой потенциал.

Из уравнения (6.1) следует, что при прямом смещении эмиттерного перехода и выполнении условия U БЭ T , ток коллектора растет с ростом напряжения UБЭ, по экспоненциальному закону:

70