Отчет по лабораторной работе №1 по дисциплине электроника

Национальный исследовательский университет ресурсоэффективных технологий

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»




Отчет по лабораторной работе №1

по дисциплине ЭЛЕКТРОНИКА

Ознакомление с работой в программно-аппаратной среде NI ELVIS

Выполнил: студент гр. 8в72

Шевчик М. В.

Проверил: доцент

Рыбин Ю. К.

Томск 2009

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.
  

ХОД РАБОТЫ:

4.2 R1=2.215 кОм (номинал 2.2 кОм);

R3=19.84 кОм (номинал 20 кОм);

R4=100.1 кОм (номинал 100 кОм);

С1=0.976 nF (номинал 1 микрофарада);

С10=46.619 nF (номинал 47 nF).

Причины несовпадения:

1)Разные методики получения данных;

2)Временной фактор (снижение показателей приборов с течением времени);

3)Округление данных.

4.3 Снятие ВАХ двухполюсников:



Рис. 1. Схема эксперимента для снятия ВАХ двухполюсников (резисторов и диодов).

Резистор R1



Рис. 2. ВАХ резистора.

График в виде прямой, так как прямая зависимость между сопротивлением, силой тока и напряжением. U=I*R.

Кремниевый точечный диод VD1:



Рис. 3. ВАХ диода.

Полученный график совпадает с теоретическим. ВАХ электронно-дырочного перехода определяется соотношением

I=Iо(еU/(mjт)-1),

где Iо — обратный ток насыщения (ток экстракции, обусловленный неосновными носителями заряда; значение его очень мало); U — напряжение на p-n-переходе; jт = kT/e — температурный потенциал (k — постоянная Больцмана, Т — температура, е — заряд электрона); m — поправочный коэффициент: m = 1 для германиевых р-n-переходов и m = 2 для кремниевых p-n-переходов при малом токе).

Диод Шоттки VD2:



Рис. 4. ВАХ диода Шоттки.

Полученный график совпадает с теоретическим. Прямая ветвь ВАХ у диодов Шоттки подчиняется экспоненциальному закону в широком диапазоне токов.

Кремниевый стабилитрон VD3:



Рис. 5. ВАХ стабилитрона.

Полученный график совпадает с теоретическим. Стабилитроны - приборы, на основе p-n-перехода, предназначенные для стабилизации напряжения. Стабилитрон – полупроводниковый диод, ВАХ который имеет участок малой зависимости приложенного напряжения от тока, протекающего через него. Такой участок лежит на обратной ветви ВАХ и возникает в результате пробоя диода (лавинного или туннельного).

Снятие выходных ВАХ биполярного транзистора VT1:



Рис. 6. Схема эксперимента для снятия выходных ВАХ транзистора.



Рис. 7. Выходные ВАХ транзистора.

Маломощный биполярный транзистор n-p-типа по схеме включения с общим эмиттером.

J_k=f(U_кб) I_э=сonst

1.I_э=0, I_k=J_k0.

2.U_кб=0, I_k= α_SI_э.

Это связано с тем, что коллекторный переход смещён в обратном направлении, собственной контактной разностью потенциалов.

3.0кб< U_кбmax, J_k= α_SI_э +J_kо

4.При U_кб>U_кбmax, наступает пробой коллекторного перехода, что сопровождается резким возрастанием коллекторного тока.

В транзисторах наблюдается два вида пробоя:

-лавинный, аналогичный p-n-переходу.

-эффект смыкания коллекторного и эмиттерного переходов.

5.При U_кб<0, эмиттерный переход смещается в прямом направлении, что препятствует движению не основных носителей заряда через него, а потому ток неосновных носителей заряда стремится к нулю.

Снятие входных ВАХ биполярного транзистора VT1:

а) б)



Рис. 8. Схемы для снятия входных ВАХ транзистора (а-Uкэ=0V; Uкэ=+5V)



Рис. 9. Входная ВАХ транзистора, схема а.

J_э=f(U_эб )/U_кб- входная характеристика
Эти характеристики близки к характеристикам смещённого в прямом направлении p-n-перехода. При U_кб=0, ВАХ входная совпадает с ВАХ p-n-перехода. При U_кб<0, входная ВАХ смещается влево. Это связано с расширением коллекторного перехода, что приводит к уменьшению толщины базы. Зависимость толщины коллекторного перехода от напряжения на коллекторе связано с эффектом Эрли.



Рис. 10. Входная ВАХ транзистора, схема б.

4.4 Исследование резистивного делителя напряжения постоянного тока.



Рис. 11. Схема исследования резистивного делителя напряжения постоянного тока.



Рис. 12. Входное напряжение. Рис. 13. Выходное напряжение.

R3=19.8 кОм

R4=100 кОм



Абсолютная погрешность Δ=0.037

4.5 Делитель с изменяющимися значениями выходного напряжения.

Vвх, в	Vвых, в	K=Vвых/Vвх
2	1.582	0.791
4	3.191	0.798
6	4.802	0.8
8	6.410	0.801
10	8.022	0.802
12	9.633	0.803

Коэффициент передачи делителя К=0.799



График 1. Коэффициент передачи делителя; таблица Exel.

Коэффициент не меняется при различных входных данных.

4.6 Делитель с изменяющимися значениями выходного напряжения с переменными сопротивлениями.

Первое положение движка потенциометра R22:

Vвх, в	Vвых, в	K=Vвых/Vвх
1.020	1.957	1.919
2.059	3.947	1.917
3.099	5.940	1.917
4.137	7.928	1.917
5.177	9.922	1.916
6.217	11.914	1.916

Коэффициент передачи делителя К=1.997



График 2. Коэффициент передачи делителя; таблица Exel.

Второе положение движка потенциометра R22:

Vвх, в	Vвых, в	K=Vвых/Vвх
1.547	1.957	1.265
3.120	3.947	1.265
4.696	5.940	1.265
6.268	7.928	1.265
7.844	9.922	1.265
9.420	11.914	1.265

Коэффициент передачи делителя К=1.265



График 3. Коэффициент передачи делителя; таблица Exel.

По графикам можно выявить различия Uвх и К. При изменении движка потенциометра коэффициент меняется (при увеличении Vвх К уменьшается, а Vвых остаются неизменными)

4.7 Проверка последовательной RC-цепи с помощью функционального генератора и осциллографа.



Рис. 14. Схема исследования последовательной CR-цепи.

Частота среза CR-цепи: = 1547



Рис. 15. Функциональный генератор с выставленной частотой; выходные сигналы RC-цепи.

На графике заметен фазовый сдвиг сигнала А к сигналу В. Это происходит из-за того, что на конденсаторе происходит накопление заряда, что и провоцирует сдвиг фазы. При этом падает напряжение на сопротивлении и уменьшается амплитуда напряжения. Вследствие этих факторов график построен верно.

Разность фаз на каналах А и В между входными сигналами:





Коэффициент передачи К=1.50. Получен допустимый сдвиг фаз.

Частота ниже нормы:



Рис.16. Выставленная частота ниже нормы; выходные сигналы RC-цепи.

Для канала А пиковая амплитуда и среднее квадратное значение напряжения возросли.

Для канала В пиковая амплитуда и RMS уменьшились.

Сдвиг фаз Δ=50.5° увеличился.

Коэффициент передачи К=1.50 не изменился.

Частота выше нормы:



Рис. 17. Выставленная частота выше нормы; выходные сигналы RC-цепи.

Для канала А пиковая амплитуда и среднее квадратное значение напряжения уменьшились.

Для канала В пиковая амплитуда и RMS возросли.

Сдвиг фаз Δ=30.3° уменьшился.

Коэффициент передачи К=1.50 не изменился.

При изменении частоты генератора все параметры меняются, за исключением коэффициента передачи, который остаётся неизменным.

4.8 АЧХ/ФЧХ RC-цепи



Рис. 18. Графики АЧХ (сверху) и ФЧХ (снизу).

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) или амплитудный отклик – это зависимость коэффициента усиления схемы, выраженного в децибелах, от десятичного логарифма частоты.

Фазово-частотная характеристика (ФЧХ) или фазовый отклик – это зависимость разности фаз между входными и выходными сигналами от десятичного логарифма частоты.

С увеличением частоты увеличиваются амплитудные значения RC-цепи, а сдвиг фазы уменьшается. Получено графическое доказание теоретического содержания п. 4.7.

4.9 Визуализация переходной характеристики RC-цепи



Рис. 19. Осциллограмма; этапы зарядки и разрядки простейшей RC-цепи.

Переходная характеристика – зависимость Uвых от времени при скачкообразном изменении Uвх.