- •Цель работы
- •Задачи работы
- •Основные элементы измерительной системы
- •Ход работы
- •Выполним измерения параметров различных электронных компонентов.
- •Освоим процесс получения вольт-амперных характеристик (вах) двухполюсников и четырехполюсников.
- •Создать и исследовать схему делителя напряжения постоянного тока:
- •Соберем схему делителя с изменяющимися значениями выходного напряжения, используя Variable Power Supply.
- •Создаем и исследуем схему делителя с изменяющимися значениями выходного напряжения, используя переменное сопротивление r22:
- •Проверка последовательной rc-цепи с помощью функционального генератора и осциллографа:
- •Ачх/фчх rc-цепи
- •Визуализация переходной характеристики rc-цепи вывод
Министерство образования Российской Федерации
«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет электрофизический
Кафедра КИСМ
Электроника
Лабораторная работа №1
ОЗНАКОМЛЕНИЕ С РАБОТОЙ В ПРОГРАММНО-АППАРАТНОЙ
СРЕДЕ NI ELVIS
Исполнитель
Студент, 8В92 ____________ И. В. Вальт
(подпись)
____________
(дата)
Руководитель
Старший преподаватель ____________ С. В. Силушкин
(подпись)
____________
(дата)
Томск - 2011
Цель работы
Получить первоначальные навыки выполнения лабораторных работ по аналоговой электронике в программно-аппаратной среде NI ELVIS.
Задачи работы
Изучить с целью дальнейшего использования в лабораторном цикле разделы книги №1 «Введение в NI ELVIS»;
Ознакомиться с инструкцией по охране труда в лабораториях кафедры КИСМ ЭФФ;
Подготовиться и практически освоить предложенную программу работ по аналоговой электронике и защитить ее.
Основные элементы измерительной системы
1. Учебная лаборатория NI ELVIS, использующая программно-аппаратную среду для генерирования различных воздействий в электронные цепи и выполнения измерений их откликов;
2. Лабораторный макет по аналоговой электронике кафедры КИСМ для построения схем, выбранных для исследований.
Ход работы
Выполним измерения параметров различных электронных компонентов.
Выберем Digital Multimeter среди набора интерактивных инструментов, которые выполнены в LabVIEW.
Измерим с помощью DMM значения различных сопротивлений элементов лабораторного макета, например, R1,R3,R4. С этой целью соединим выбранный резистор с токовыми входами DMM-current HI и current LO, а цифровой вольтметр переведем в режим омметра, нажав кнопку [Ω].
Проведем измерения и заполним следующие строчки:
а) R1= 2,214 кОм, (номинал 2,2 кОм);
б) R3= 19,84 кОм, (номинал 20 кОм);
в) R4= 100,1 кОм, (номинал 100 кОм)
По результатам измерений получили весьма незначительную разницу экспериментальных и номинальных значений, которую можно объяснить несовершенством производства.
Измерим с помощью DMM значения различных конденсаторов лабораторного макета, например, C1,C10. С этой целью соединим выбранный конденсатор с токовыми входами DMM-current HI и current LO, а цифровой вольтметр переведем в режим измерения емкостей, нажав соответствующую кнопку ( ).
Проведем измерения и заполним следующие строчки:
а) C1=977073 pF, (номинал 1.0 мкФ)
б) C10=46688,68 pF, (номинал 47nF).
По результатам измерений получили весьма незначительную разницу экспериментальных и номинальных значений, которую можно объяснить погрешностью измерений и несовершенством производства.
Освоим процесс получения вольт-амперных характеристик (вах) двухполюсников и четырехполюсников.
Соберем схему для снятия ВАХ двухполюсников (сначала рези-стора R1, потом диодов: VD1 – кремниевого точечного диода, VD2 – диода Шоттки, VD3 – кремниевого стабилитрона).
Обобщенная схема эксперимента приведена на рисунке 1:
Рис. 1. Схема эксперимента для снятия ВАХ двухполюсников (резисторов и диодов)
Получим ВАХ для резистора R1(покажем на рис. 2 и выведем значения в таб. 1):
Рис. 2. ВАХ для резистора R1
Табл.1
Напряжение(В) |
-4,969 |
-3,970 |
-2,979 |
-1,987 |
-0,995 |
0,000 |
|
Ток(мА) |
-2,233 |
-1,789 |
-1,337 |
-0,885 |
-0,433 |
0,012 |
|
Напряжение(В) |
0,994 |
1,987 |
2,981 |
3,974 |
4,968 |
|
|
Ток(мА) |
0,461 |
0,910 |
1,357 |
1,804 |
2,254 |
|
Экспериментальная ВАХ примерно совпадает с ВАХ, полученной теоретически.
Получим ВАХ для VD1-кремниевого точечного диода (покажем на рис. 3 и выведем значения в таб. 2 ):
Рис.3. ВАХ для VD1-кремниевого точечного диода
Табл. 2. ВАХ для VD1-кремниевого точечного диода:
Напряжение(В) |
0,000 |
0,050 |
0,100 |
0,149 |
0,199 |
0,249 |
0,298 |
0,348 |
0,395 |
||||||||
Ток(мА) |
0,011 |
0,011 |
0,011 |
0,011 |
0,011 |
0,012 |
0,014 |
0,019 |
0,034 |
||||||||
Напряжение(В) |
0,446 |
0,492 |
0,539 |
0,589 |
0,638 |
0,676 |
0,707 |
0,731 |
|
||||||||
Ток(мА) |
0,081 |
0,202 |
0,525 |
1,354 |
3,043 |
5,259 |
7,709 |
10,030 |
|
Полученная ВАХ примерно совпадает с ВАХ, которая была изучена на курсе лекций. Кремниевые диоды открываются при прямом напряжении 0,6...0,7 В
Получим ВАХ для VD2-диода Шоттки (покажем на рис .4 и выведем в табл. 3):
Рис. 4. ВАХ для VD2-диода Шоттки
Табл 3. ВАХ для VD2-диода Шоттки:
Напряжение(В) |
0,000 |
0,020 |
0,040 |
0,059 |
0,079 |
0,099 |
0,118 |
0,138 |
0,157 |
||||||
Ток(мА) |
0,011
|
0,014 |
0,021 |
0,035 |
0,064 |
0,124 |
0,245 |
0,488 |
0,953
|
||||||
Напряжение(В) |
0,174 |
0,188 |
0,200 |
0,210 |
0,220 |
0,228 |
0,236 |
0,244 |
0,246 |
||||||
Ток(мА) |
1,676 |
2,541 |
3,540 |
4,638 |
5,809 |
7,036 |
8,306 |
9,613 |
10,044 |
В то время, как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0,6—0,7 вольт, применение диодов Шоттки позволяет снизить это значение до 0,2—0,4 вольт, что и было доказано экспериментально.
Получим ВАХ для VD3- кремниевого стабилитрона (покажем на рис .5 и выведем в табл. 4):
Рис. 5. ВАХ для VD3- кремниевого стабилитрона
Табл. 4. ВАХ для VD3- кремниевого стабилитрона:
Напряжение(В) |
-5,654 |
-5,369 |
-5,077 |
-4,779 |
-4,481 |
-4,182 |
-3,883 |
-3,584 |
-3,286 |
||||||||
Ток(мА) |
-0,397 |
-0,015 |
0,008 |
0,009 |
0,010 |
0,010 |
0,011 |
0,011 |
0,011 |
||||||||
Напряжение(В) |
-2,987 |
-2,688 |
-2,390 |
-2,091 |
-1,792 |
-1,493 |
-1,195 |
-0,896 |
-0,597 |
||||||||
Ток(мА) |
0,011 |
0,011 |
0,011 |
0,011 |
0,011 |
0,011 |
0,011 |
0,011 |
0,011 |
||||||||
Напряжение(В) |
-0,299 |
0,000 |
0,299 |
0,594 |
0,776 |
|
|
|
|
||||||||
Ток(мА) |
0,011 |
0,011 |
0,011 |
0,027 |
4,095 |
|
|
|
|
Получение ВАХ для трехполюсников.
Соберем схему для снятия выходных ВАХ биполярного транзистора(рис. 6)
Рис. 6. Схема для снятия выходных ВАХ биполярного транзистора VT1.
Для снятия ВАХ используется Three-wire Current-Voltage Curve Tracer (рис.7).
Рис. 7. Выходные ВАХ для биполярного транзистора VT1
Введем полученные данные в таблицу 5 .
Табл. 5. Выходные ВАХ биполярного транзистора VT1
Base current (µA): 15
Напряжение К (В) |
0,00004049 |
0,04986539 |
0,09966820 |
0,14955950 |
0,19909199 |
Ток К (A) |
0,00000524 |
0,00017384 |
0,00048974 |
0,00066451 |
0,00070956 |
Напряжение К (В) |
0,24890426 |
0,29875668 |
0,34857241 |
0,39836676 |
0,44793382 |
Ток К (A) |
0,00072447 |
0,00072604 |
0,00072714 |
0,00072752 |
0,00072843 |
Base current (µA): 25,0
Напряжение К (В) |
0,00004049 |
0,04986539 |
0,09966820 |
0,14955950 |
0,19909199 |
Ток К (A) |
0,00000579 |
0,00029751 |
0,00086736 |
0,00119901 |
0,00130194 |
Напряжение К (В) |
0,24890426 |
0,29875668 |
0,34857241 |
0,39836676 |
0,44793382 |
Ток К (A) |
0,00130978 |
0,00130978 |
0,00131143 |
0,00133393 |
0,00131367 |
Base current (µA): 35,0
Напряжение К (В) |
0,00004049 |
0,04986539 |
0,09966820 |
0,14955950 |
0,19909199 |
Ток К (A) |
0,00000642 |
0,00043428 |
0,00125992 |
0,00179821 |
0,00195304 |
Напряжение К (В) |
0,24890426 |
0,29875668 |
0,34857241 |
0,39836676 |
0,44793382 |
Ток К (A) |
0,00196402 |
0,00196687 |
0,00196944 |
0,00197108 |
0,00197312 |
Base current (µA): 45,0
Напряжение К (В) |
0,00004049 |
0,04986539 |
0,09966820 |
0,14955950 |
0,19909199 |
Ток К (A) |
0,00000721 |
0,00055987 |
0,00162470 |
0,00236962 |
0,00257529 |
Напряжение К (В) |
0,24890426 |
0,29875668 |
0,34857241 |
0,39836676 |
0,44793382 |
Ток К (A) |
0,00266158 |
0,00266672 |
0,00266948 |
0,00267221 |
0,00267460 |
Base current (µA): 55,0
Напряжение К (В) |
0,00004049 |
0,04986539 |
0,09966820 |
0,14955950 |
0,19909199 |
Ток К (A) |
0,00000790 |
0,00069292 |
0,00203340 |
0,00298872 |
0,00325700 |
Напряжение К (В) |
0,24890426 |
0,29875668 |
0,34857241 |
0,39836676 |
0,44793382 |
Ток К (A) |
0,00336318 |
0,00337065 |
0,00337493 |
0,00337758 |
0,00338111 |
Полученные значения сравнимы с теоретическими, что позволяет сделать доступным поиск рабочей точки для транзистора.
Соберем схемы для снятия входных ВАХ биполярного транзистора VT1 (рис.8)
а б
Рис. 8. Схемы для снятия входных ВАХ биполярного транзистора VT1:
а) Uкэ=0V; б) Uкэ=+5V.
В данном эксперименте используется Two Wire Current-Voltage Analyzer (рис.9а и 9б).
Рис. 9а. Входные ВАХ для биполярного транзистора VT1(схема а)
Рис. 9б. Входные ВАХ для биполярного транзистора VT1(схема б)
Выведем полученные данные в таблицу 6.а и 6.б .
Табл. 6.а. Входные ВАХ биполярного транзистора VT1(схема а):
Voltage (V) |
0,000 |
0,050 |
0,100 |
0,149 |
0,199 |
0,249 |
0,299 |
Current (mA) |
0,004 |
0,004 |
0,004 |
0,004 |
0,004 |
0,004 |
0,004 |
Voltage (V) |
0,349 |
0,398 |
0,447 |
0,494 |
0,590 |
0,682 |
0,730 |
Current (mA) |
0,004 |
0,004 |
0,007 |
0,021 |
0,348 |
3,643 |
9,355 |
Табл. 6.б. Входные ВАХ биполярного транзистора VT1(схема б):
Voltage (V) |
0,000 |
0,050 |
0,100 |
0,149 |
0,199 |
0,249 |
0,299 |
Current (mA) |
0,004 |
0,004 |
0,004 |
0,004 |
0,004 |
0,004 |
0,004 |
Voltage (V) |
0,349 |
0,398 |
0,447 |
0,494 |
0,546 |
0,590 |
0,640 |
Current (mA) |
0,004 |
0,005 |
0,013 |
0,063 |
0,365 |
1,812 |
8,278 |
При изменении напряжения с 0 до 5В, входная ВАХ смещается влево.