69

Государственное учреждение

высшего профессионального образования

«Белорусско-Российский университет»

Кафедра «Электротехника и электроника»

ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Методические указания к лабораторно-практическим занятиям специальностей 14 06 07 "Электрооборудование автомобилей и тракторов" и 1-53 01 05 "Автоматизированные

электроприводы"

Могилев 2009

УДК 621.317.7: 621.328.049.77

ББК 32.85 Э 45

Э 45

Рекомендовано к опубликованию

учебно-методическим управлением

ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет»

Одобрено кафедрой «Электротехника и электроника» « » 2009 г., протокол № .

Составители: канд. техн. наук, доц. С. В. Болотов;

канд. физ.-мат. наук Ф.М. Трухачёв.

Рецензент канд. техн. наук, доц. Г. С. Леневский

Методические указания предназначены для студентов специальностей 14 06 07 «Электрооборудование автомобилей и тракторов», 1-53 01 05 «Автоматизированные электроприводы» при выполнении лабораторных работ

Учебное издание

ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Ответственный за выпуск С. В. Болотов

Технический редактор А. А. Подошевко

Компьютерная верстка И. А. Алексеюс

Подписано в печать . Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать трафаретная. Усл.-печ. л. . Уч.-изд. л. . Тираж экз. Заказ №

Издатель и полиграфическое исполнение

Государственное учреждение высшего профессионального образования

«Белорусско-Российский университет»

ЛИ № 02330/375 от 29.06.2004 г.

212000, Г. Могилев, пр. Мира, 43

© ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет», 2009

Содержание

Введение
1 Лабораторная работа №1. Изучение лабораторного оборудования
2 Лабораторная работа №2. Изучение программного обеспечения для моделирования работы электронных устройств, сбора и обработки данных
3 Лабораторная работа №3. Исследование параметров постоянных и переменных аналоговых сигналов
4 Лабораторная работа №4. Исследование работы выпрямительного диода
5 Лабораторная работа №5. Исследование работы однофазных неуправляемых выпрямителей
6 Лабораторная работа №6. Исследование работы светодиода и оптопары
7 Лабораторная работа №7.Исследование работы управляемого выпрямителя
8 Лабораторная работа №6. Исследование работы стабилитрона и схемы параметрического стабилизатора напряжения
9 Лабораторная работа №9. Исследование характеристик биполярного транзистора
10 Лабораторная работа №10. Исследование характеристик полевых транзисторов с управляющим переходом и изолированным затвором
Список литературы

Введение

Наряду с натурными экспериментами в настоящее время широкое распространение получило компьютерное проектирование и анализ электрических схем устройств в таких средах схемотехнического моделирования как Electronics Workbenсh, DesignLab, Aplac, P-Spice, Micro-Logic, LabVIEW, NI Multisim, Matlab и др. На этапе начального освоения студентами методов проектирования и испытания моделей электронных устройств наиболее приемлемым средством является программная среда NI Multisim 10 (в дальнейшем MS10) группы Electronics Workbenсh (входящей в корпорацию National Instruments), в библиотеке которой более 16000 электронных компонентов, сопровождаемых аналитическими моделями, пригодными для быстрого моделирования. Особенностью среды MS10 является наличие контрольно-измерительных приборов, по внешнему виду и характеристикам приближенных к их промышленным аналогам. Большое количество и разнообразие моделей аналоговых, цифровых или смешанных аналого- цифровых приборов и узлов, средств анализа и виртуальных приборов делает среду MS10 удобным инструментом для визуализации и демонстрации многих фундаментальных явлений и процессов, происходящих в электрических устройствах.

Виртуализация лабораторных практикумов имеет много положительных сторон, однако, студенты не видят реальные элементы электрической цепи, не получают навыки сборки электрических схем и не учатся экспериментировать с ними. Представляется наилучшим решением объединение в лабораторном практикуме виртуальных и реальных составляющих с тщательной методической проработкой распределения между ними учебных задач. В настоящее время доступно множество устройств сбора данных, подключаемых к персональному компьютеру по интерфейсам PCI и USB и имеющих стоимость соизмеримую со стоимостью самого компьютера. Можно объединить виртуальные модели исследуемых объектов с системой сбора и регистрацией данных в изучаемой реальной схеме. Это позволяет совершенствовать методику проведения лабораторных работ, добиваться более активной работы студентов и более глубокого усвоения ими изучаемого материала.

Лабораторный практикум по «Элементам электроники» позволяет на основе расчёта и выбора элементов схемы осуществить моделирование её работы в среде Multisim, далее на специальной макетной плате комплекта лабораторного оборудования производится сборка схемы из реальных компонентов, после осуществляется сбор и обработка сигналов с помощью устройства сбора данных NI USB-6009 и программы LabVIEW, полученные результаты анализируются и сравниваются с результатами моделирования.

Лабораторная работа №1. Изучение лабораторного оборудования

Цель работы: изучение органов управления и регулировки комплекта лабораторного оборудования К32, ознакомление с режимами его работы; изучение системы сбора данных NI USB-6009.

Общие сведения

Комплект лабораторного оборудования (рисунок 1.1.) состоит из:

1- блока управления комплекта БУК;

2 - блока мультиметра К32 (БМ К-32) (далее мультиметр);

3 - устройства вспомогательного для осциллографов Л31 (далее генератор);

4 - макетной платы (МП);

5 - устройства сбора данных;

6 - ЭВМ со специализированным программным обеспечением.

Рисунок 1.1 – Внешний вид комплекта лабораторного оборудования

Указанные на передней панели и в тексте надписи означают:

ВнК- внешняя команда, означает соединение соответствующей цепи с гнездом, расположенным на передней панели;

ВСв – внутренняя связь, означает соединение соответствующей цепи с входным разъемом Х4 блока управления комплекта (далее БУК);

ВХ1 – вход 1;

ВХ2 – вход 2;

ГН1 – генератор напряжения постоянного тока первый (далее генератор ГН1);

ГН2 – генератор напряжения постоянного тока второй (далее генератор ГН2);

ГС1 – генератор сигналов первый;

ГС2 – генератор сигналов второй;

КВУ – коммутатор внешних устройств;

КОММУТ – коммутатор;

СИ – серия импульсов;

ФВ – фазовращатель;

- изменение величины сигнала – грубо органом управления, расположенным слева от знака “ ”, и точно органом управления, расположенным справа от знака;

- соединение соответствующего гнезда с цепью “Общая” БУК.

БУК состоит из следующих составных частей:

- передней панели (ПП);

- программатора серии импульсов (ПСИ);

- блока цифровой индикации (БЦИ);

- блока аналоговых сигналов (БАС);

- блока питания (БП).

Генератор подключается кабелем к гнезду “ВХОД ГС1” на ПП БУК. Мультиметр подключается кабелем к гнездам “ВЫХОД V~” и “ВЫХОД V=” БУК. Вилки шнуров питания генератора и мультиметра вставляются в гнезда “220 V 50Hz” на задней стенке БУК. Во входной разъем Х БУК вставляется печатная плата сменного устройства, помещенная в кассету.

На входной разъем Х4 БУК поступают входные и выходные сигналы. Входные сигналы генерируются ПСИ, БАС, БП, программатором кодов (ПК), расположенным на ПП, и генератором.

Входные сигналы генерируются на печатной плате сменного устройства, поступают на входной разъем Х4 БУК и измеряются с помощью мультиметра или индуцируются на устройствах индикации (УИ), цифровые табло которых расположены в левой верхней части ПП.

УИ предназначено для отображения двоичной и десятичной информации на четырех семисегментных индикаторах, объединенных на ПП в цифровое табло. Первый индикатор слева от табло соответствует HG1, второй – HG2, третий – HG3 и четвертый – HG4. В БУК входит два УИ.

Органы управления на ПП БУК объединены в группы согласно их функциональному назначению.

Надписи и обозначения относятся к тому органу управления, у которого они расположены.

Обозначение “ ” у кнопок означает, что если кнопка не нажата, то выполняется функция А, а если нажата, то выполняется функция В.

Органы управления, расположенные на лицевой панели, предназначены (рисунок 1.2):

светодиоды над кнопками служат для индикации срабатывания кнопок (светодиоды светятся при нажатой кнопке (кроме кнопки “ПУСК”)) и сигнализации об исправности электрической цепи, которую коммутируют с помощью кнопочного переключателя;

кнопка “СЕТЬ” – для подачи (кнопка нажата) и отключения (кнопка не нажата) в электрические цепи БУК тока напряжением 220 V, частотой 50 Hz;

кнопки “ПРОГРАММАТОР КОДОВ” служат для генерации комбинации сигналов “логический нуль” (“0”) – постоянного напряжения от 0 до 0,4 V или “логическая единица” (“1”) – постоянного напряжения величиной от 2,4 до 5 V. Генерация “1” происходит при нажатой кнопке, “0” – при ненажатой

кнопки “ПИТАНИЕ V” служат для подключения соответствующих стабилизаторов напряжения к обмоткам трансформатора в БП, напряжение поступает на стабилизатор напряжения при нажатой кнопке, для получения напряжения минус 30 V необходимо нажать соответствующую кнопку и кнопку “±15”;

кнопка “ ” над гнездом “ГС1” служит для подключения гнезда “ВХОД ГС1” к входному разъему БУК или к гнезду “ГС1”;

кнопки “КОНТРОЛЬ V~” предназначены:

“ГС1” – для подключения цепи гнезда “ВХОД ГС1” к цепи гнезда “ВЫХОД V~”;

“ГС2” – для подключения цепи выхода ФВ к гнезду “ВЫХОД V~”;

“ВХ1” – для подключения первого входа коммутатора к гнезду “ВЫХОД V~”;

“ВХ2” – для подключения второго входа коммутатора к гнезду “ВЫХОД V~”;

кнопки “КОНТРОЛЬ V=” предназначены:

“ГН1” – для подключения выхода первого генератора постоянного напряжения к гнезду “ВЫХОД V=”;

“ГН2” – для подключения выхода второго генератора постоянного напряжения к гнезду “ВЫХОД V=”;

“+5” – для подключения цепи питания 5 V входного разъема Х4 БУК к гнезду “ВЫХОД V=”;

“+15” – для подключения цепи питания 15 V входного разъема БУК к гнезду “ВЫХОД V=”;

“-15” – для подключения цепи питания минус15 V входного разъема БУК к гнезду “ВЫХОД V=”;

“-30” – для подключения цепи питания минус 30 V входного разъема БУК к гнезду “ВЫХОД V=”;

гнездо “ВХОД ГС1” служит для подключения генератора;

гнезда “ВЫХОД V~”, “ВЫХОД V=” служат для подключения соответствующих входов мультиметра;

кнопка “ ” служит для выбора режима работы БЦИ;

Рисунок 1.2 – Лицевая панель БУК

кнопки ”2⁰”, ”2¹”, ”2²”, ”2³” под надписью “ПРОГРАММАТОР СИ” – для набора двоичного кода количества импульсов в серии, генерируемой ГСИ, или номера канала прохождения импульсов (КПИ);

кнопка “ПУСК” служит для включения ГСИ;

кнопка “УСТАН 0” служит для установки ГСИ в исходное положение;

кнопки под надписью КВУ предназначены:

кнопка “ ” – для определения соответствующего входа коммутатора, на который подается сигнал с выбранного КПИ1-КПИ8;

кнопка “ ” – для подключения входов коммутатора к КПИ или для подключения аналоговых сигналов, при этом при нажатой кнопке поступают

цифровые сигналы с соответствующего КПИ1-КПИ8 со входного разъема БУК, а при ненажатой кнопке – аналоговые сигналы с КПИ9 и КПИ10;

органы управления и гнезда под надписью “КОММУТАТОР” предназначены:

левая кнопка “ ” – для подключения первого входа коммутатора к КПИ10 (кнопка не нажата) или к гнезду “ВХОД 1” (кнопка нажата);

правая кнопка “ ” – для подключения второго входа коммутатора к КПИ9 (кнопка не нажата) или к гнезду “ВХОД 2” (кнопка нажата);

гнездо “ВХОД 1” – для подачи исследуемого сигнала на первый вход коммутатора;

гнездо “ВХОД 2” – для подачи исследуемого сигнала на второй вход коммутатора;

ручка “ ” для управления лучом по вертикали;

ручка “ ” – для плавной регулировки чувствительности усилителя вертикального отклонения;

органы управления и гнезда под надписью ФВ предназначены:

кнопка “ ” – для подключения выхода фазовращателя (цепь ГС2) – к соответствующей цепи входного разъема БУК (кнопка не нажата) или гнезду ГС2 (кнопка нажата);

гнездо “ГС2” – выход для проверки сигналов на выходе фазовращателя или использования его во внешних цепях;

ручка “ ” – для сдвига фазы сигнала по цепи ГС2 от 0 до π радиан по отношению к сигналу по цепи ГС1 с сохранением формы сигнала;

ручка “ ” – для плавной регулировки амплитуды выходного сигнала ФВ;

органы управления под надписью “ГН1” предназначены:

кнопка “ ” – для подключения выхода ГН1 к гнезду ГН1 (кнопка нажата) или к соответствующей цепи входного разъема БУК (кнопка не нажата);

ручки “ ” – для грубой и точной регулировки амплитуды выходного напряжения ГН1;

органы управления под надписью “ГН2” предназначены:

кнопка “ ” – для подключения выхода ГН2 к соответствующей цепи входного разъема БУК или гнезду ГН2;

ручки “ ” – для грубой и точной регулировки амплитуды выходного напряжения ГН2;

ГСИ предназначен для генерации пачек импульсов от одного до пятнадцати импульсов в серии с амплитудой от 2,4 до 5 V, для коммутации цифровых сигналов, поступающих с плат сменных устройств на входы коммутатора и для генерации прямоугольных импульсов с амплитудой от 2,4 до 5 V.

Для генерации серии импульсов необходимо провести коммутацию органов управления на передней панели БУК в следующей последовательности:

набрать двоичный код количества импульсов в серии нажатием кнопок ”2⁰”, ”2¹”, ”2²”, ”2³”,

нажать кнопку “УСТАН 0”, при этом светодиод перестает светится, ГСИ готов к работе.

Для коммутации выходных цифровых сигналов, поступающих по цепям КП1-КП8, необходимо:

нажать кнопку “ ” КВУ на ПП, при этом на первом и пятом слева индикаторах на ПП начинает светиться запятая;

нажатием кнопок ”2⁰”, ”2¹”, ”2²”, ”2³” набрать двоичный код номера КПИ;

нажать кнопку ПУСК, на первом, если не нажата кнопка “ ” КВУ, или пятом индикаторе, если нажата кнопка “ ” КВУ, засветится десятичный код номера КПИ, закодированный двоичным кодом посредством кнопок ”2⁰”, ”2¹”, ”2²”, ”2³”.

Блок мультиметра К 32 (в дальнейшем мультиметр) предназначен:

- для наблюдения форм электрических сигналов и для измерения напряжения постоянного тока, величины постоянного тока, сопротивления постоянному току;

- напряжения и интервала времени между двумя любыми точками электрического сигнала любой формы.

Лицевая панель мультиметра показана на рисунке 1.3.

Органы управления, расположенные на лицевой панели мультиметра, предназначены:

- кнопка СЕТЬ – для включения и выключения мультиметра;

- ручка “ ” – для установки необходимой яркости луча электронно-лучевой трубки (ЭЛТ);

- ручка “ ” – для фокусирования луча ЭЛТ;