Отчёт по лабораторной работе №1 Ознакомление с работой в программно-аппаратной среде ni elvis выполнил студент группы 8В72

Федеральное агентство по образованию

Томский политехнический национальный исследовательский университет ресурсоэффективных технологий
Кафедра КИСМ

Отчёт по лабораторной работе №1

Ознакомление с работой в программно-аппаратной среде NI ELVIS

Выполнил студент группы 8В72:

Рыжов К. А.
Проверил:

Рыбин Ю. К.

Томск 2009

Цель работы:

Получить первоначальные навыки выполнения лабораторных работ по аналоговой электронике в программно-аппаратной среде NI ELVIS.
Ход работы:
1. Выполните измерения параметров различных электронных компонентов:
1.1. Резистор R1 с номинальным сопротивлением 2.2 кОм
рис 1.

С помощью цифрового мультиметра мы установили, что действительное сопротивление резистора R1 2.205 кОм. Показания мультиметра изображены на рисунке 1.
1.2. резистор R3 с номинальным сопротивлением 20 кОм
рис 2
имеет реальное сопротивление 19.72 кОм (рис 2)

1.3. резистор R4 имеет номинальное сопротивление 100 кОм, и ревльное сопротивление 100.151 кОм. (рис3)
рис 3
1.4 конденсатор С1 с номинальной емкостью 1 мкФ
рис 4
при измерении получили емкость 1.046 мкФ (рис 4)
1.5 конденсатор С9 с номинальной емкостью 47 нФ рис 5
измеренная емкость составляет 46.196 нФ (рис 5). Измеренные в пункте 1 величины отличаются от номинальных. Это происходит из-за того, что невозможно изготовить элемент, который бы соответствовал номиналу абсолютно точно. Так же необходимо учитывать то, что у проводников так же существуют сопротивление и емкость, и погрешность средств измерения.


2. Освойте процесс получения вольт-амперных характеристик (ВАХ) двухполюсников и четырехполюсников:

2.1 на рисунке 6 изображена вольтамперная характеристика резистора R1:
рис 6
измеренная характеристика имеет форму прямой линии, проходящей через начало координат.
2.2 вольтамперная характеристика кремниевого точечного диода VD1 (рисунок 7)
рис 7

Как мы видим из графика, напряжение потенциального барьера составляет (0.41-0.42)В. при напряжении больше 0.42В наблюдается экспоненциальный рост тока. При напряжении около -5В должен был произойти пробой диода. Обычный диод может быть выведен из строя пробоем, поэтому я не стал понижать напряжение до напряжения пробоя.

2.2 вольтамперная характеристика диода Шоттке VD2
рис 8

Из-за того, что вместо p-n перехода используется барьер Шоттке, прямое падение напряжения составляет всего 0.1 В, в отличии от обычного диода, в котором ток появляется только при 0.4-0.6В. так же барьер Шоттке имеет меньшую ёмкость, из-за чего диод Шоттке может работать на более высокой частоте.
2.3 на рисунке 9 изображена вольтамперная характеристика кремниевого стабилитрона VD3 рис 9

Рабочая область стабилитрона – область пробоя перехода, т.е. часть графика с напряжением -5.6 -5.4В. т.е. ниже напряжения пробоя. Отличительной особенностью стабилитрона является низкое напряжение пробоя, так же стабилитрон может поддерживать это напряжение при больших изменениях тока.

2.4 вольтамперная характеристика биполярного транзистора VT1 изображена на рисунке 10
рис 10

Схема включения:

рис 11

Мы сняли выходную характеристику с биполярного транзистора n-p-n типа электропроводности. Мы получили 3 кривых, характеризующих зависимость тока эмиттера от напряжения база-эмиттер, при токе коллектора 15,30,45 мА соответственно.


2.5 вольтамперная характеристика эмиттерного перехода при соединенных коллекторе и эмиттере.
рис 12

Схема включения:
рис 13

Мы замкнули коллектор и эмиттер, в результате напряжение коллектор-эмиттер равно 0. фактически, при таком подключении транзистор ведет себя как обычный диод, к которому приложено обратное напряжение. На рисунке 12 мы видим пробой эмиттерного перехода.
2.6 вольтамперная характеристика эмиттерного перехода при напряжении коллектор-эмиттер 5В.
рис 14
схема включения:

рис 15

При таком подключении мы снимаем характеристику одного p-n перехода, т.е. диода.

3. Создайте и исследуйте схему делителя напряжения постоянного тока:
3.1 схема для резисторов R3 и R4.
рис 16

На рисунке 16 изображено измеренное значение входного напряжения:

рис 17

Как мы видим, входное напряжение незначительно отличается от номинального.

Напряжение на резисторе R4 (рис 17):

рис 18

В теории, напряжение на резисторе R4 должно быть равно 0.80 от номинального, но из-за отличий значений сопротивлений резисторов от их номинальных значений, мы имеем незначительные расхождения с теорией.

Т.е. теоретический коэффициент передачи К=0.80, полученный на основе измерений К=0,8094
4. Создайте и исследуйте схему делителя с изменяющимися значениями выходного напряжения, используя Variable Power Supply.

Я собрал схему, изображенную на рисунке 15, но вместо постоянного напряжения 5В использовал Variable Power Supply, изменяя значения напряжения в диапазоне 0-12В Получены следующие результаты:

Uв,B	UR4,В	К
0	0,0024	0
2	1.590	0,795
4	3.195	0,798
6	4.803	0,801
8	6.411	0,801
10	8.020	0,802
12	9.627	0,802

Коэффициент передачи незначительно отличается от теоретического.
5. Создайте и исследуйте схему делителя с изменяющимися значениями выходного напряжения, используя переменное сопротивление R22.

Я собрал схему из пункта 3, заменив резисторы R3 и R4 резисторами R22 и R23. Затем я изменял значения потенциометра R22 в результате получись следующие данные:

Uв,B	UR23,В	К
5,101	2,651	0,519
5,101	3,307	0,648
5,101	3,943	0,773
5,101	4,992	0,978
5,101	5,100	0,9998

Т.е. коэффициент передачи зависит от сопротивлений резисторов делителя.
6. Проверка последовательной RC-цепи с помощью функционального генератора и осциллографа.

Соберем схему, изображенную на рисунке 19:


рис 19

И подадим на вход сигнал синусоидальной формы. На рисунке 20 показан экран генератора сигнала.

рис 20

Частоту колебаний установим равной частоте среза цепи f=1.538*10^3гц

Тогда на выходе получим колебания(Рис 21):
рис 21

В результате получили: амплитуда входного напряжения 638 мВ, выходного 439 мВ, при этом разность фаз составляет 49^о

При уменьшении частоты до 500Гц получаем колебания, показанные на рисунке 22.
рис 22

При почти такой же амплитуде входного напряжения (654 мВ) амплитуда выходного снизилась до 339 мВ, разность фаз увеличилась до 63^о.

При уменьшении частоты до 2000Гц получаем колебания, показанные на рисунке 23.
рис 23

При почти такой же амплитуде входного напряжения (654 мВ) амплитуда выходного повысилась до 492 мВ, разность фаз составляет 36^о

7.Амплитудночастотные и фазочастотные характеристики цепи.

Я проанализировал цепь с помощью Анализатора Боде и получил следующие зависимости (рисунок 24).

рис 24

Отсюда видно, что при увеличении частоты разность фаз стремится к 0. Из-за этого, амплитуда выходной характеристики стремится к амплитуде входной.

8. Визуализация переходной характеристики RC-цепи:

Вместо синусоидального напряжения, на вход цепи подается пороговое.

Графики входного и выходного напряжений представлены на рисунке 25.

рис 25

рис 26

На рисунке 26 изображена схема исследуемой цепи.

Рассмотрим, как изменится выходное напряжение, при одном из скачков входного. Решение будем искать в виде U_вых=Ue^pt+U_пр . U_пр =0, так как при установившемся режиме работы конденсатор не проводит ток, соответственно, ток через резистор течь не будет, и выходное напряжение будет равно 0. Найдем корень характеристического уравнения P, для этого решим уравнение: Z=R+1/Cp; Z=0. отсюда R+1/Cp=0; p=-1/RC; p=-1.034*10^5.

Возьмем начальные условия: U_вх=0,8630598 U_вых=1,687562 t=0;

Тогда U_вых=U, U=1,687562, или U=1,688 Тогда выходное напряжение будет изменяться по закону: U_вых=1,688e-^{1.034*10^5t}