- •Инженерно-производственный центр «Учебная техника» основы аналоговой электроники Руководство по выполнению базовых экспериментов
- •Содержание
- •Ознакомление с комплектом типового лабораторного оборудования
- •Общие сведения Компоновка оборудования
- •Блок генераторов напряжений с наборным полем (код 213.5)
- •Наборы миниблоков (коды 600.15 и 600.16)
- •Блок мультиметров (код 509.2)
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Полупроводниковые приборы
- •Исследование характеристик полупроводниковых диодов на постоянном и переменном токах Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Определение основных характеристик стабилитрона и исследование параметрического стабилизатора напряжения Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Контрольные вопросы
- •Исследование диода с переменной ёмкостью (варикапа) Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Испытаниеpn-переходов биполярного транзистора и снятие его выходных характеристик с помощью осциллографа Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Снятие статических характеристик транзистора на постоянном токе Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения экспериментов
- •Контрольные вопросы
- •Выбор рабочей точки биполярного транзистора и ознакомление с режимами усиления переменного напряжения классовA,b,aBиD Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения экспериментов
- •Контрольные вопросы
- •Снятие статических характеристик полевого транзистора сp-nпереходом Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения экспериментов
- •Контрольные вопросы
- •Снятие статических характеристик полевого транзистора с изолированным затвором и индуцированным каналом Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения экспериментов
- •Экспериментальное определение основных характеристик тиристоров Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Экспериментальное определение основных характеристик и параметров оптопар Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Электронные цепи и микросхемотехника
- •Сравнительное исследование одиночных усилительных каскадов на биполярных транзисторах Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения экспериментов
- •Контрольные вопросы
- •Контрольные вопросы
- •Исследование двухкаскадного транзисторного усилителя Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Исследование двухтактного усилителя мощности на биполярных транзисторах Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения экспериментов
- •Контрольные вопросы
- •Исследование основных схем включения операционного усилителя Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Снятие частотных характеристик операционного усилителя Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Исследование схем суммирования, интегрирования и дифференцирования на операционном усилителе. Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения экспериментов
- •Экспериментальное определение характеристикRc-фильтров на операционном усилителе. Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Исследование простейшего логарифмирующего преобразователя на операционном усилителе Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения экспериментов
- •Исследование генератора синусоидальных колебаний на операционном усилителе Общие сведения
- •Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Ознакомление с принципом действия триггера Шмидта и релаксационных генераторов на операционном усилителе Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения экспериментов
- •Ознакомление с работойRs-триггера, мультивибратора и одновибратора на транзисторах Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Исследование аналоговых интегральных компараторов и цепей с ними Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения экспериментов
- •Исследование аналогового таймера на интегральной микросхеме в автоколебательном и ждущем режимах Общие сведения
- •Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Cтабилизаторы и вторичные источники питания
- •Исследование однополупериодной и мостовой схем выпрямления Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Исследование трёхфазной мостовой схемы выпрямления и сглаживающих фильтров Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Какова частота пульсаций выходного напряженияuВых трехфазного выпрямителя с нулевым выводом?
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Исследование компенсационных стабилизаторов напряжения и тока Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения экспериментов
- •Испытание основных схем включения линейного интегрального стабилизатора напряжения. Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Ознакомление с принципом действия широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения экспериментов
- •Исследование интегрального импульсного преобразователя-стабилизатора напряжения с частотно-импульсной модуляцией Общие сведения
- •Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Продолжение таблицы используемых миниблоков
- •Продолжение таблицы используемых миниблоков
- •Литература
Ознакомление с принципом действия широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения Общие сведения
Широтно-импульсный преобразователь, исследуемый в настоящей работе, преобразует постоянное напряжение источника питания 30 В в регулируемое постоянное напряжение от 0 до 30 В по принципу «модуляция – демодуляция».
Его принципиальная схема приведена на рис. 4.6.1а, а на рис. 4.6.1б – поясняющие временные диаграммы.
На инвертирующий вход компаратора подаётся опорное напряжениеuоптреугольной формы, а на неинвертирующий вход - регулируемое постоянное напряжениеUВХ. На выходе компаратора получаются импульсы, длительность которых зависит от постоянного напряжения на входе компаратора, а частота следования остаётся постоянной. Импульсы подаются на базу биполярного транзистора, который работает в ключевом режиме, включая и выключая нагрузку. Тем самым осуществляется широтно-импульсная модуляция второго рода (ШИМII). Среднее напряжение на нагрузки пропорционально отношению длительности включённого состояния к длительности цикла:UН=UПИТTВКЛ/T.
Рис. 4.6.1
Для сглаживания пульсаций (демодуляция) используется индуктивно-ёмкостный фильтр, вход которого зашунтирован диодом для замыкания тока во время отключённого состояния транзистора.
Экспериментальная часть Задание
Ознакомиться экспериментально с работой широтно-импульсного модулятора. Снять регулировочную характеристику широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения.
Порядок выполнения экспериментов
Соберите на наборном поле цепь широтно-импульсного преобразователя (рис. 4.6.2).
Установите на выходе генератора напряжений специальной формы треугольное напряжение максимальной амплитуды и частоты 20…30 кГц. Ручку регулятора постоянного напряжения -13…+13 В установите примерно в среднее положение и включите блок генераторов напряжений.
Включите мультиметры и осциллограф, настройте усиление, развёртку и синхронизацию осциллографа (от канала I). Регулируя постоянное напряжение на входе компаратора, наблюдайте на экране осциллографа за изменением напряжения на входе фильтра и на нагрузке.
Рис. 4.6.2
В среднем положении ручки регулятора перерисуйте изображение кривых uвх(t) иuн(t) на рис. 4.6.3. Укажите масштабы.
Удалите из схемы конденсатор и уясните, как он влияет на форму напряжения на нагрузке. Зашунтируйте индуктивность и оцените её влияние на напряжение нагрузки.
Регулируя постоянное напряжение на входе компаратора, снимите зависимость среднего значения напряжения на нагрузке от входного напряжения UНот UВЫХ(табл 4.6.1). На рис. 4.6.4 постройте график.
Рис. 4.6.3
Таблица 1
UВХ, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UН, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4
Исследование интегрального импульсного преобразователя-стабилизатора напряжения с частотно-импульсной модуляцией Общие сведения
В работе исследуется импульсный стабилизатор напряжения на интегральной микросхеме ADP1111-5. Относительная длительность импульсов в ней регулируется путём изменения частоты следования импульсов. Управляющие импульсы (или один импульс) вырабатываются при снижении напряжения на нагрузке ниже заданной величины, тогда как длительность импульсов остаётся неизменной.
Микросхема может работать в составе, как повышающего, так и понижающего стабилизатора напряжения с индуктивным накопителем. Она имеет фиксированное выходное напряжение 50,25 В. В режиме повышения напряжения входное напряжение может быть от 2 до 5 В, в режиме понижения напряжения – не более 30 В. Выходное напряжение может быть увеличено подключением одного добавочного резистора. В микросхеме имеется также устройство ограничения тока через выходной транзистор (и через последовательно включённую индуктивность) за счёт уменьшения времени включённого состояния транзистора.
Упрощённая структура этой микросхемы показана на рис. 4.7.1. Она содержит источник опорного напряжения (ИОН), компаратор, мультивибратор и выходной транзистор. На один вход компаратора подаётся опорное напряжение 1,25 В, на другой – часть выходного напряжения (напряжение обратной связи UОС). Если напряжение обратной связи ниже 1,25 В работает мультивибратор с частотой 72 кГц (скважность50 %), и с такой же частотой включается и выключаетcя выходной транзистор. Длительность включённого состояния составляет примерно 7c, время выключенного состояния также 7cЕсли напряжение обратной связи ниже 1,25 В, мультивибратор не работает и транзистор остаётся закрытым.
Рис. 4.7.1
На рис. 4.7.2а показана принципиальная схема повышающего стабилизатора напряжения с этой микросхемой, а на рис. 4.7.2б временные диаграммы его работы. На отрезке времени от 0 до t1транзистор открыт (UКЭ0), напряжениеUВХприложено к индуктивности, ток в ней растёт и накапливается энергия. В это время диод заперт, и конденсатор разряжается на нагрузку. Напряжение на нём падает.
В момент времени t1транзистор закрывается, и индуктивный ток вынужден замыкаться через диод и нагрузку. Конденсатор заряжается, напряжение на нём растёт, энергия магнитного поля отдаётся в нагрузку и в конденсатор, а ток в индуктивности уменьшается. При этом ЭДС самоиндукции катушки складывается с входным напряжением, и напряжение на нагрузке больше входного напряжения (UКЭUВЫХ).
В момент времени t2ток через индуктивность и диод снижается до нуля, диод закрывается, транзистор также закрыт. При этомUКЭUВХ. Конденсатор разряжается на нагрузку и, если в момент времениt3, напряжение обратной связи окажется меньше, чем 1,25 В, вновь подаётся отпирающее напряжение на транзистор. Цикл повторяется. Отпирающее напряжение подаётся на транзистор даже если ток в индуктивности и не снизился к моменту времениt3 до нуля (показано на рис. пунктиром). Если к моменту времениt3 напряжение обратной связи окажется больше 1,25 В, бестоковая пауза продлится до момента, кода оно станет меньше опорного напряжения 1,25 В.
Рис. 4.7.2
При увеличении входного напряжения увеличивается амплитуда импульса тока и увеличивается время бестоковой паузы. После достижения некоторого определённого значения, импульс тока перестаёт увеличиваться, но сокращается его длительность. Таким образом, при увеличении приложенного напряжения сначала относительная длительность включённого состояния регулируется увеличением периода цикла, а затем – уменьшением длительности включённого состояния. При уменьшении тока нагрузки также увеличивается длительность бестоковой паузы.
Выходное напряжение стабилизатора может быть увеличено. Для этого в цепи обратной связи последовательно с сопротивлением 220 кОм (см. рис. 4.7.1) необходимо включить добавочное сопротивление, чтобы уменьшить ту часть выходного напряжения, которая поступает на вход компаратора для сравнения с опорным напряжением.
Принципиальная схема понижающего стабилизатора приведена на рис. 5.7.3а, а временные диаграммы его работы – на рис. 4.7.3б. В этой схеме индуктивность в течение всего цикла остаётся соединённой последовательно с нагрузкой.
На отрезке времени от 0 до t1транзистор открыт, напряжениеUВХприложено к нагрузке с последовательно включённой индуктивностью. Диод, включённый параллельно этой цепи закрыт. Ток в индуктивности возрастает, и ней накапливается энергия. Конденсатор заряжается, напряжение на нём растёт.
В момент времени t1транзистор закрывается, и индуктивный ток вынужден замыкаться через диод и нагрузку. Энергия магнитного поля отдаётся в нагрузку и в конденсатор, а ток в индуктивности уменьшается. При этом нагрузка отключена от источника и напряжение на ней равно ЭДС самоиндукции катушки.
Рис. 3
В момент времени t2ток через индуктивность и диод снижается до нуля, диод закрывается, транзистор также закрыт. Конденсатор разряжается на нагрузку и, если в момент времениt3, напряжение обратной связи окажется меньше, чем 1,25 В, вновь подаётся отпирающее напряжение на транзистор. Цикл повторяется, даже если ток в индуктивности и не снизился к этому времени до нуля (показано на рис. пунктиром). Если к моменту времениt3 напряжение обратной связи окажется больше 1,25 В, бестоковая пауза продлится до момента, кода оно станет меньше опорного напряжения 1,25 В.
Также как и в схеме повышающего напряжения при увеличении входного напряжения увеличивается амплитуда импульса тока и увеличивается время бестоковой паузы. При достижении некоторого определённого значения импульс тока перестаёт увеличиваться, но сокращается его длительность. При уменьшении тока нагрузки также увеличивается длительность бестоковой паузы.