- •Оглавление.
- •Лабораторная работа №1 Исследование выпрямительного диода и стабилитрона
- •Приборы, макеты, программы
- •Теоретические сведения.
- •Вольтамперная характеристика р–п перехода.
- •4.Порядок выполнения работы
- •4.1.Исследование выпрямительного диода
- •4.1.2. Моделирование
- •4.1.3.Проверка правильности расчетов и установления различий в свойствах пд по постоянному и переменному токам
- •5.Провести расчёты ошибок измерений исследованных параметров и занести их в пронумерованную таблицу
- •6. Выводы.
- •7.Контрольные тесты.
- •Цель работы.
- •3.Теоретические основы.
- •А) с общей базой;б) с общим эмиттером;в) с общим коллектором.
- •Усиление электрических сигналов с помощью биполярного транзистора..
- •Параметры транзистора.
- •Общая характеристика схем включения транзисторов p-n-p типа.
- •4.Порядок выполнения работы
- •4.2. Выводы. Исследование полевых транзисторов.
- •3.Теоретические сведения.
- •Полевые транзисторы с изолированным затвором.
- •Полевой транзистор со встроенным каналом (мдп- транзистор).
- •Транзистор с индуцированный каналом (моп- транзистор).
- •Транзистор с затвором Шотки.
- •3 .Моделирование
- •4.Выводы.
- •5.Контрольные тесты.
- •Лабораторная работа № 3 исследование усилителя напряжения
- •Приборы, макеты, программы
- •Коэффициент усиления.
- •8.Построить амплитудно-частотную характеристику(ахч).
- •4.Краткие выводы
- •5.Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4. Исследование операционных усилителей.
- •1.Цель работы
- •2.Приборы, макеты, программы
- •3.Теоретические сведения
- •И его амплитудная характеристики (б).
- •Порядок выполнения работы
- •С пятью выводами и отрицательной обратной связью.
- •Р ис.7. Электрическая схема усиления напряжения
- •С отрицательной обратной связью.
- •Выводы.
- •Контрольные тесты.
- •Лабораторная работа №5. Исследование выпрямительных схем
- •Цель работы
- •Теоретические основы
- •Порядок выполнения работы.
- •6.Контрольные тесты.
- •Лабораторная работа № 6. Исследование мультивибратора
- •Цель работы
- •Приборы, макеты, программы
- •Теоретические основы
- •4.Порядок выполнения работы
- •5.Моделирование .
- •6. Выводы
- •7.Контрольные тесты.
- •Лабораторная работа № 7. Исследование триггера
- •1.Цель работы
- •2.Приборы, макеты, программы:
- •3.Теоретические сведения
- •Основные параметры триггера
- •Триггеры на дискретных элементах
- •Схемы запуска триггера
- •4. Порядок выполнения работы
- •5.Моделирование.
- •6. Выводы.
- •7.Контрольные тесты.
- •Лабораторная работа № 8.
- •1.Цель работы.
- •2.Приборы, макеты, программы
- •3.Теоретические основы. Основные логические элементы.
- •Логические элементы в дискретном исполнении
- •4 .Порядок выполнение работы
- •4.2. Моделирование
- •5.Выводы.
- •6.Контрольные тесты.
- •Дополнительная лабораторная работа № 9 «исследование дифференцирующих и интегрирующих цепей»
- •Москва 2012
- •Цель работы
- •Приборы, макеты, программы
- •3.Теоретические основы
- •3.1Прохождение прямоугольного импульса через rc- цепь.
- •3.2Прохождение прямоугольного импульса через rl-цепь
- •3.4.Дифференцирующая rl-цепь
- •3.5.Интегрирующи цепи(фнч) (фильтр высоких частот)
- •4.Варианты
- •5.Выводы
- •6.Контрольные вопросы:
Р ис.7. Электрическая схема усиления напряжения
с резистивной обратной связью.
Таблица 5. Коэффициенты усиления для различных R2.
№ |
K |
R2 кОм |
Uвх мВ |
Uвых мВ |
1 |
704,538 |
10 |
1 |
704,538 |
2 |
702,772 |
20 |
1 |
702,772 |
3 |
702,186 |
30 |
1 |
702,186 |
4 |
701,893 |
40 |
1 |
701,893 |
5 |
701,717 |
50 |
1 |
701,717 |
Провести все аналогичные измерения и расчеты согласно пункту 4.1.2. (получение амплитудных характеристик ОУ), имея в виду, что коэффициент обратной связи усилителя в этом случае равен:
(9)
Следовательно, в этом тексте следует брать R1вместо R3 (формула 8).
ПРИМЕР.На экране дисплея с помощью программы Multisim 10 собрать виртуальную схему повторителя напряжения с отрицательной обратной связью. Для сборки схемы извлечь из библиотеки пиктограмм на рабочее поле и вывести V1, ОУ типа «COMPARATOR VIRTUAL и вольтметр XMM (рис.8.)
Рис.8. Электрическая схема повторителя напряжения
С отрицательной обратной связью.
Результаты исследования повторителя напряжения занести в таблицу 6.
Таблица 6.
№ |
Uвх, В |
Uвых, В |
1 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
5 |
|
|
Провести расчеты ошибок измерений исследованных параметров и занести их в пронумерованную таблицу.
Выводы.
Контрольные тесты.
1.Коэффициент обратной связи в усилителях равен:
1. ;
2. .
2.ОС называется положительной (ПОС), если:
1. Uос совпадает по фазе с Uвх;
2. Uос не совпадает по фазе с Uвх.
3.При ПОС коэффициент усиления:
1. увеличивается;
2. уменьшается;
4.При отрицательной ОС коэффициент усиления:
1. увеличивается;
2. уменьшается.
5. Коэффициент усиления равен:
K=Uвых/Uвх ;
K=Uвх/Uвых.
6.Коэффициент обратной связи изменяется в пределах:
От 1 до 0;
От 1 до 10.
7.Дифференциальный усилитель реагирует на:
Разность входных сигналов;
Сумму входных сигналов.
8.В инвертирующем ОУ:
Uвх совпадает с Uвых по знаку;
Uвх противоположна по знаку с Uвых.
9.Усилитель постоянного тока имеет полосу пропускания:
До 106 Гц;
До 102 Гц.
Лабораторная работа №5. Исследование выпрямительных схем
Цель работы
Ознакомление с принципами построения выпрямительных схем и определение их основных параметров с помощью моделирующей программы.
Приборы, макеты, программы:
- Компьютер ACER;
- Программа Multisim 10.
Теоретические основы
Выпрямительные схемы предназначены для преобразования переменного двухполярного напряжения в пульсирующее однополярное напряжение. Они являются неотъемлемой частью источников вторичного электропитания (ИВЭП), которые устанавливаются в радио- и телевизионной аппаратуре, музыкальных центрах, персональных компьютерах и других устройствах бытовой техники. Выпрямительные схемы делятся на одно- и двухполупериодные (приведены на рис.1, a) однополупериодная; б) двухполупериодная ). Наиболее широко распространены двухполупериодные выпрямительные схемы, т.к. они вырабатывают непрерывные сигналы и способствуют более эффективной их обработке.
Двухполупериодные выпрямительные схемы имеют несколько разновидностей:
со средней точкой вторичной обмотки трансформатора;
с мостовой диодной схемой;
со схемой удвоения напряжения;4) со схемой умножения напряжения.
Рис.1
Основные параметры выпрямителей приведены в таблице 1.
Таблица 1
Среднее значения напряжения |
|
Среднее значения тока |
|
Мощность |
|
Коэффициент пульсаций |
|
Амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения |
|
Амплитуда обратного напряжения на диоде. |
|
На рис. 2.»а» и «б» приведены временные диаграммы работы однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей соответственно. Из рис.2.а видно, что в первый полупериод действия напряжения , т.е. в интервале времени 0- , диод VD открыт и в цепи возникает ток . В интервале времени Т/2-Т, т.е. во второй полупериод действия напряжения диод VD заперт, т.к. к нему приложено обратное напряжение и ток в нагрузке отсутствует .В однополупериодном выпрямителе:
Рис.2
(1)
Ток является прямым током диода, поэтому:
. (2)
Коэффициент пульсаций определяется в результате разложения в ряд Фурье напряжения , т.е.
, (3)
откуда
. (4)
Достоинством однополупериодного выпрямителя является простота, т.к. используется только один диод. Недостатки - большой коэффициент пульсаций, низкая эффективность работы из-за наличия пропусков сигнала и малого значения а также подмагничивание трансформатора из-за наличия общего пути для переменной и постоянной ( ) составляющих выходного тока.Двухполупериодные выпрямители лишены этих недостатков. Выпрямитель со средней точкой вторичной обмотки трансформатора (рис.1,б) можно рассматривать как сочетание 2-х однополупериодных выпрямителей, включенных на одну и ту же нагрузку. В каждый из полупериодов напряжения работает либо верхняя, либо нижняя его часть, т.е. в интервале времени 0-Т/2 диод открыт, т.к. потенциал точки "a" выше потенциала средней точки 0, а диод заперт, т.к. потенциал точки "b" ниже потенциала средней точки "a". Через нагрузку протекает ток (рис.1.б). В следующий полупериод напряжения интервал времени Т/2-Т на рис.1.б) потенциал точки "b" выше, чем потенциал точки 0, а потенциал точки "a" ниже потенциала точки 0. Диод открыт, а диод заперт. При этом в нагрузке ток имеет то же направление, что и в предыдущем полупериоде. При одинаковых значениях и эти токи будут равны.Для такого выпрямителя имеют:
(5)
(6)
Коэффициент пульсации при этом равен: , т.к. выходное напряжение выпрямителя разлагается в ряд Фурье следующим образом:
, и (7).
Преимущества этого выпрямителя: средние значения и в 2 раза больше, а пульсации меньше. Недостатком является удвоенное переменное напряжение во вторичной обмотке и большое обратное напряжение на диодах.
Сглаживающие электрические фильтры. Напряжение после выпрямления имеет значительную пульсацию. Для сглаживания пульсации напряжения применяются сглаживающие фильтры. Рассмотрим работу ёмкостного сглаживающего электрического фильтра, схема которого представлена на рис.3.
Рис. 3. Схема ёмкостного сглаживающего электрического фильтра.
Конденсатор заряжается через до амплитудного значения напряжения в те отрезки времени, при которых напряжение во вторичной обмотке трансформатора превышает напряжение на . В том случае когда , закрывается и конденсатор разряжается через и тогда не уменьшается до минимума во вторую половину периода, а увеличивает усреднённое значение выпрямлённого напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямителем без сглаживающего электрического фильтра.Самыми перспективными являются выпрямители с мостовой диодной схемой (рис.1.в), у которой в один полупериод открыты диоды а в другой – диоды что дает при равных и с предыдущими выпрямителями снизить до уровня обратное напряжение на каждой паре диодов, что позволяет применять диоды с меньшим значением .Если заменить в мостовой диодной схеме 2 диода на конденсаторы, то благодаря их способности накапливать заряд получим схему, выходное напряжение которой в режиме холостого хода в 2 раза превышает амплитуду напряжения (рис.1.г). При положительном будет открыт диод и ток будет протекать через конденсатор . При этом конденсатор зарядится до напряжения , а его полярность отмечена на рис.1.г символами “+” и “-”. В случае, когда , диод запирается, но откроется диод . Ток потечет через него и зарядит конденсатор также до напряжения .
Поскольку напряжения и приложены к нагрузке последовательно, то будет находиться под напряжением, равным их сумме и, следовательно, . В выпрямителе с удвоением напряжений , подмагничивание в трансформаторе также отсутствует, но эта схема пригодна для создания только маломощных источников питания и значительных сопротивлений нагрузки. При малых значениях конденсаторы будут успевать разряжаться и эффекта удвоения не произойдет.
В данной лабораторной работе необходимо исследовать следующие выпрямительные схемы:
1.однополупериодного выпрямителя;
2.двухполупериодного выпрямителя;
3. двухполупериодного выпрямителя с подключением конденсатора.
Относительная погрешность расчета, моделирования и натурного эксперимента при определении каждого параметра находится в процентах по формуле:
δА=(ΔА/A)*100%,
где ΔА-абсолютная погрешность;
A-значение измеряемого параметра.
Погрешности возникают при расчете, определении погрешностей отсчета на экране дисплея и погрешностей измерительных приборов при проведении натурных экспериментов. Для повышения точности отсчетов при прямых измерениях по экрану дисплея или с помощью измерительного прибора, целесообразно значение каждого параметра повторять ,примерно, три раза и в формулу для расчета относительной погрешности подставлять средние значения . В таком случае
ΔА= (ΔА1+ ΔА2+ ΔА3)/3;
А= (А1+ А2+ А3)/3,
ΔА1, ΔА2,ΔА3 - погрешности отдельных замеров;
А1, А2,А3 - значения отдельных замеров определяемого параметра.
При проведении косвенных измерений для определения результирующей абсолютной погрешности необходимо пользоваться дифференциалами функций. Дифференциалы некоторых функций (<А) показаны в табл.1.
Таблица 1
-
Функция
ΔА
y=x1+ x2
±( Δx1+ Δx2)
y=x1- x2
± ( Δx1+ Δx2)
y=k* x
±k*Δx
y=x1* x2
± ( x2*Δx1+ x1*Δx2)
y=x1/ x2
± ( x2*Δx1+ x1*Δx2)/ x22