Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ_Ч1.doc
Скачиваний:
33
Добавлен:
23.11.2019
Размер:
20.86 Mб
Скачать

Задание к лабораторной работе

На основании заданного преподавателем типа стабилитрона, параметров источника входного напряжения (Еmin, Еmax), параметров нагрузки (Uн, Iн, Rн) необходимо рассчитать: сопротивление и мощность ограничивающего резистора Rогр (R1), Pогр и резистора, обеспечивающего заданный режим работы нагрузки R2, Р2 (рисунок 8.3). Параметры стабилитрона взять из лабораторной работы №6, выбрать стандартные значения сопротивлений из ряда Е24, заполнить таблицу 8.1.

Таблица 8.1 – Исходные данные

Тип стабилитрона

Параметры источника ЭДС

Параметры стабилитрона

Еmin, В

Еmin, В

Е, В

Uст ном, В

Uст min, В

Uст max, В

Iст min, мА

Iст max, мА

Iст ср, мА

Rогр (R1), Ом

Рогр, Вт

тип резистора Rогр

R2, Ом

Р2, Вт

тип резистора R2

Порядок выполнения работы

1. Рассчитать параметры и выбрать элементы схемы параметрического стабилизатора напряжения (рисунок 8.3).

2. Для построения вольт-амперной характеристики стабилитрона (ВАХ) в программе Multisim собрать схему, указанную на рисунке 8.4. Осуществить моделирование её работы изменяя ЭДС источника питания.

Стабилитрон выбирается из библиотеки элементов согласно заданию и подключается к источнику постоянного напряжения. Для ограничения тока через стабилитрон последовательно с ним включается резистор R, сопротивление которого рассчитывается исходя из обеспечения Iст max.

ВАХ можно получить с помощью характериографа XIV1.

Рисунок 8.4 – Схема для снятия ВАХ в среде Multisim

3. Для экспериментального получения ВАХ стабилитрона на макетной плате из полученного набора элементов собрать схему, приведенную на рисунке 8.5. При этом нагрузка должна быть отключена (разъёмы XS7 и XS13 не соединены).

Постоянное напряжение на вход схемы подаётся от генератора ГН1 блока управления К32 и снимается каналом AI1 устройства сбора данных NI USB-6009. Напряжение стабилитрона Uст поступает на канал AI5. Для определения тока Iст необходимо применить закон Ома

,

что реализовано блоком «Формула 1» блок-диаграммы виртуального прибора (рисунок 8.6). ВАХ формируется с помощью блоков «Build XY Graph» и «XY Graph» (рисунок 8.6) и отображается в виде, представленном на рисунке 6.5.

4. По полученным ВАХ стабилитрона определить: Uст, Iст, Uст min, Iст min, Uст max, Iст max, мощность рассеиваемую на стабилитроне Pст, дифференциальное сопротивление стабилитрона на участке стабилизации Rдиф. Сравнить результаты моделирования, экспериментальные результаты со справочными данными.

Рисунок 8.5 – Виртуальный прибор для экспериментального исследования стабилитрона и схемы параметрического стабилизатора напряжения в среде LabVIEW

Рисунок 8.6 – Блок-диаграмма виртуального прибора в LabVIEW для экспериментального снятия характеристик

5. На основании выбранных элементов схемы параметрического стабилизатора напряжения осуществить моделирование его работы. На рисунке 8.7 приведена модель схемы параметрического стабилизатора напряжения, где в качестве нагрузки используется светодиод.

Рисунок 8.7 – Схема для снятия исследование схемы параметрического стабилизатора напряжения в среде Multisim

Входное напряжение формируется функциональным генератором, напряжения и токи в схеме отображаются с помощью виртуальных вольтметров, амперметров и осциллографа Tektronix-XSC1.

6. В случае обеспечения схемой требуемых параметров нагрузки осуществить сборку параметрического стабилизатора напряжения на макетной плате согласно схеме на рисунке 8.5.

Напряжение на вход схемы подаётся от генератора ГН1 блока управления К32 и снимается каналом AI1 устройства сбора данных NI USB-6009. Напряжение стабилитрона Uст поступает на канал AI5, а напряжение на нагрузке Uн на канал AI2. Сбор данных с каналов ввода осуществляется блоком «DAQ Assistant» (рисунок 8.6).

Для определения тока нагрузки Iн необходимо применить закон Ома

,

что реализовано блоком «Формула 2» блок-диаграммы виртуального прибора.

Для определения тока через ограничивающий резистор IR1 необходимо применить закон Ома

,

что реализовано блоком «Формула 1» блок-диаграммы виртуального прибора.

Ток стабилитрона Icт определяется из первого закона Кирхгофа Icт= IR1- Iн, что реализовано блоком «Формула 3» блок-диаграммы виртуального прибора.

7. Снять внешнюю характеристику параметрического стабилизатора Uн=f(Iн), для чего на вход схемы подать среднее входное напряжение Ecр, ток нагрузки изменять резистором R2 от нуля до номинального Iн ном. Результаты измерений занести в таблицу 8.2.

Таблица 8.2

Результаты измерений

Результаты вычислений

Uвх, В

Iвх, мА

Uвых, В

Iн, мА

ΔUвых, мВ

Рвх, Вт

Рвых, Вт

Rвн, Ом

η, %

Моделирование

Эксперимент

8. Снять зависимость выходного напряжения параметрического стабилизатора от входного Uвых=f(Uвх), для чего на вход схемы подать среднее входное напряжение Ecр, выставить номинальный ток нагрузки Iн ном. Изменяя входное напряжение от Emin до Emax измерить входной ток IR1, ток нагрузки Iн, выходное напряжение Uн. Результаты измерений занести в таблицу 8.3.

Таблица 8.3

Результаты измерений

Результаты вычислений

Uвх, В

Iвх, мА

Uвых, В

Iх, мА

ΔUвх, мВ

ΔUвых, мВ

Рвх, Вт

Рвых, Вт

η, %

K

Моделирование

Эксперимент

9. По данным измерений таблиц 8.2, 8.3 определить, пользуясь формулами раздела «Общие сведения», значения расчётных величин и занести их в соответствующие ячейки таблиц. Построить графики зависимостей Uвых=f(Iн), η=f(Iн), Rвн=f(Iн), Uвых=f(Uвх), η=f(Uвх).

10. Сделать выводы по результатам работы.

Содержание отчёта

Отчёт по работе должен содержать: цель работы, задание к работе с расчётом и выбором элементов параметрического стабилизатора, схемы для моделирования работы устройств в среде Multisim, блок-диаграмма виртуального прибора для экспериментального исследования и диалоговое окно, ВАХ стабилитрона по результатам моделирования и экспериментальную, основные параметры стабилитрона в виде таблицы, результаты измерений и вычислений параметров схемы параметрического стабилизатора напряжения в виде таблиц и его характеристики, выводы по работе.

Лабораторная работа №9. Исследование характеристик биполярного транзистора

Цель работы: получение входных и выходных характеристик биполярного транзистора, построение нагрузочной прямой для транзистора включенного по схеме с общим эмиттером.

Общие сведения

Биполярный транзистор представляет собой кристалл полупроводника, состоящий из трех слоев с чередующейся проводимостью и снабженный тремя выводами для подключения к внешней цепи.

Рисунок 9.1 – Структура и обозначение биполярных транзисторов разных типов

Обозначения: Э – эмиттер, К – коллектор, Б – база. Как видно из рисунка, в каждой из этих структур существуют два p-n перехода – эмиттерный и коллекторный.

Наиболее распространена схема включения транзистора – с общим эмиттером (рисунок 9.2 а). Широкое применение схемы с общим эмиттером обусловлено малым входным (управляющим) током Iб. Коэффициент передачи тока для схемы с общим эмиттером =Iк/Iб колеблется в пределах 10 ... 200.

Полярность внешних источников ЕБ и ЕК выбирается так, чтобы на эмиттерном переходе было прямое напряжение, а на коллекторном – обратное. Обозначим через UКБ, UКЭ, UБЭ напряжения между коллектором и базой, коллектором и эмиттером, базой и эмиттером, соответственно.

В ажнейшими характеристиками биполярного транзистора являются его входные и выходные вольтамперные характеристики. Входные характеристики транзистора с ОЭ (рисунок 9.2,б) отражают зависимость тока базы от напряжения, приложенного между базой и эмиттером, при Uкэ=const. Они мало зависят от Uкэ, поэтому обычно приводят одну характеристику Iб(Uбэ), которая, как видно, подобна ВАХ диода. Выходные характеристики отражают зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при Iб=const (рисунок 9.2,в).

Рисунок 9.2 – Схема измерения и вольтамперные характеристики биполярного транзистора при включении в режиме "с общим эмиттером"

Зная входную и выходные характеристики транзистора можно рассчитать параметры электронных устройств собранных на его базе – усилителей, ключей и т.д.

Задание к лабораторной работе

Ознакомится с принципом работы транзистора в схеме "с общим эмиттером". Изучить типы и обозначения биполярных транзисторов. Какие зависимости называются входными и выходными характеристиками биполярного транзистора. Изучить как влияет температура на работу БТ.

Порядок выполнения работы

1. Для построения вольт-амперных входной и выходной характеристик биполярного транзистора (n-p-n) в программе Multisim собрать схему, указанную на рисунке 9.3.

Транзистор выбирается из библиотеки элементов согласно заданию. На базу подается напряжение от источника ЭДС-1, который задает ток базы Iб, измеряемый амперметром А1. Напряжение эмиттер-коллектор задается источником ЭДС-2, ток в цепи коллектора измеряется амперметром А1, напряжение – вольтметром В1. Выходную ВАХ можно получить с помощью характериографа XIV1

Рисунок 9.3 – Схема для снятия входных и выходных ВАХ биполярного транзистора в среде Multisim

2. Для экспериментального получения характеристик биполярного транзистора на макетной плате из полученного набора элементов собрать схему, приведенную на рисунке 9.4. Блок-диаграмма виртуального прибора соответствует рисунку 4.4.

Постоянное напряжение на вход схемы подаётся от генератора ГН1 блока управления К32 и снимается каналом AI2 устройства сбора данных NI USB-6009. Напряжение Uэк поступает на канал AI1. Для определения тока коллектора Iк необходимо применить закон Ома

Ток на базу транзистора поступает с генератора ГН2 через резистор R3. ВАХ отображается в виде, представленном на рисунке 9.4.

Рисунок 9.4 – Виртуальный прибор для экспериментального исследования параметров биполярного транзистора в среде LabVIEW.

3. Снять ВАХ биполярного транзистора для нескольких значений тока базы Iб, сравните их с полученными при моделировании.

4. Для того чтобы снять входные характеристики (зависимость Iб от Uбэ) необходимо в схеме сделать следующие изменения: каналом AI2 устройства сбора данных NI USB-6009 подключить к генератору ГН2 (гнездо XS5), канал AI6 к гнезду XS11, изменить в формуле для закона Ома R2 на R3 (снимаем ток базы), канал AI1 подключить к гнезду XS11.

5. Снять входные ВАХ биполярного транзистора для нескольких значений напряжения Uэк, сравнить их с полученными при моделировании.

6. Сделать выводы по результатам работы.

Содержание отчёта

Отчёт по работе должен содержать: цель работы, схема для моделирования снятия характеристик транзистора в среде Multisim, блок-диаграмма виртуального прибора для экспериментального исследования и диалоговое окно, характеристики транзистора по результатам моделирования и экспериментальные, выводы по работе.

Лабораторная работа №10. Исследование характеристик полевых транзисторов с управляющим переходом и изолированным затвором

Цель работы: получение входных и выходных характеристик полевого транзистора с управляемым p-n переходом и изолированным затвором.

Общие сведения

В отличие от биполярных транзисторов, управляемых входным током, полевые транзисторы управляются входным напряжением (электрическим полем). Существует два типа полевых транзисторов: а) с управляемым p-n переходом; б) с изолированным затвором (МДП - транзисторы). Обозначение полевых транзисторов и структура полевого транзистора с управляемым p-n переходом приведены ниже

Рисунок 10.1 - Обозначение (a,б) и устройство (в) полевых транзисторов с p-n переходом

Средний слой такого транзистора называется каналом, который имеет два вывода во внешнюю цепь: сток и исток. Внешние слои транзистора соединены между собой и имеют вывод во внешнюю цепь, называемый затвором. Управляющее напряжение UЗИ прикладывается между затвором и истоком.

Полевые транзисторы, по аналогии с биполярными, могут работать в трех режимах – активном (усилительном), режиме насыщения и режиме отсечки. Наиболее распространенной схемой включения полевого транзистора является схема с общим истоком (эта схема близка к схеме "с общим эмиттером" биполярного транзистора с заменой "эмиттер-исток", "база-затвор", "коллектор-сток"). Принцип действия полевого транзистора с управляемым p-n переходом заключается в том, что изменение величины управляющего напряжения между истоком и затвором меняет сопротивление канала (из-за увеличения области p-n перехода, особенно в районе стока), причем с увеличением UЗИ ток стока IC уменьшается вплоть до 0. в активном режиме на p-n переход подается обратное напряжение, что обуславливает одно из преимуществ полевого транистора – высокое входное сопротивление. Входные и выходные характеристики полевых транзисторов во многом аналогичны характеристикам биполярных транзисторов.

Рисунок 10.2 - Пример входной и семейства выходных характеристик полевого транзистора с управляемым p-n переходом

МДП (металл – диэлектрик - полупроводник) транзистор изготавливается по планарной (тонкопленочной) технологии.

Рисунок 10.3 – Структура МДП транзистора и каналом n-типа

p

Выводы МДП-транзистора обозначаются аналогичным образом. Основой транзистора с каналом n-типа является подложка из полупроводника p-типа, на поверхности которой из полупроводника n-типа созданы две области и перемычка между ними, выполняющая функцию канала. В отличие от рассмотренного выше типа полевого транзистора, к затвору МДП- транзистора может прикладываться как положительное, так и отрицательное напряжение. В первом случае происходит уменьшение сопротивления канала и рост IC, а во втором – увеличение сопротивления канала и, соответственно, уменьшение тока IC. Вид кривых IC(UCИ) аналогичен приведенным выше.

Задание к лабораторной работе

Ознакомится с принципом работы и особенностями полевых транзисторов и принципами получения входных и выходных характеристик. Изучить типы и обозначения полевых транзисторов.

Порядок выполнения работы

1. Для построения вольт-амперных входной и выходной характеристик полевых транзисторов (n-p-n) в программе Multisim собрать схему, указанную на рисунке 10.4.

Транзистор выбирается из библиотеки элементов согласно заданию. На затвор подается напряжение от источника ЭДС-1, который задает ток затвора Iз, измеряемый амперметром А1. Напряжение сток-исток задается источником ЭДС-2, ток в цепи стока измеряется амперметром А1, напряжение – вольтметром В1. Выходную ВАХ можно получить с помощью характериографа

2. Для экспериментального получения характеристик биполярного транзистора на макетной плате из полученного набора элементов собрать схему, приведенную на рисунке 10.5.

Постоянное напряжение на вход схемы подаётся от генератора ГН1 блока управления К32 и снимается каналом AI2 устройства сбора данных NI USB-6009. Напряжение сток-исток Uси поступает на канал AI1. Для определения тока стока Iс необходимо применить закон Ома

Ток на затвор транзистора поступает с генератора ГН2 через резистор R3. ВАХ отображается в виде, представленном на рисунке 10.5.

Рисунок 10.4 – Схемы для снятия входных и выходных ВАХ полевых транзисторов с управляемым p-n – преходом и изолированным затвором в среде Multisim

Рисунок 10.5 – Виртуальный прибор для экспериментального исследования параметров биполярного транзистора в среде LabVIEW.

3. Снять выходные ВАХ полевого транзистора для нескольких значений тока затвора Iб, сравнить их с полученными при моделировании.

4. Для того чтобы снять входные характеристики (зависимость Iз от Uзи) необходимо в схеме сделать следующие изменения: каналом AI2 устройства сбора данных NI USB-6009 подключить к генератору ГН2 (гнездо XS5), канал AI6 к гнезду XS11, изменить в формуле для закона Ома R2 на R3 (снимается ток затвора), канал AI1 подключить к гнезду XS11.

5. Снять входные ВАХ полевого транзистора для нескольких значений напряжения Uси, сравнить их с полученными при моделировании.

6. Сделать выводы по результатам работы.

Содержание отчёта

Отчёт по работе должен содержать: цель работы, схема для моделирования снятия характеристик транзисторов в среде Multisim, блок-диаграмма виртуального прибора для экспериментального исследования и диалоговое окно, характеристики транзистора по результатам моделирования и экспериментальные, выводы по работе.

Список литературы

1 Гершунский Б.С. Справочник по расчету электронных схем. – К: Вища школа, 1983. – 240с.

2 Клочков, М.И. Расчет элементов и моделирование схем энергетической и информационной электроники: Учеб. пособие / М.И. Клочков. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004. – 138 c.

3 Панфилов Д.И. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Лаборатория на компьютере. В 2 т./ Под общ. ред. Д.И. Панфилова. – М.: Издательство МЭИ, 2004. – 304 с.

4 Москатов Е.А. Справочник по полупроводниковым приборам. – М.: Журнал «Радио», 2005. – 208 с.

5 Ткаченко, Ф. А. Техническая электроника / Ф.А. Ткаченко. – Минск: Дизайн ПРО, 2002. – 368 с.

6 Гусев, В. Г. Электроника: учеб. пособие для приборостроительных специальностей вузов / В. Г. Гусев, Ю.М. Гусев. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Высш. шк., 1991. – 622 с.

7 Галкин, В. И.   Полупроводниковые приборы. Транзисторы широкого применения : справочник / В. И. Галкин, А. Л. Булычев, П. М. Лямин. – Минск: Беларусь, 1995. – 383 с.

8 Перельман, Б. Л. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги: справочник / Б. Л. Перельман, В. В. Шевелев. – М. : Микротех, 2000. – 375 с. 9 Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: справочник ⁄ Н.Н. Акимов [и др.]. – Минск: Беларусь, 1994. – 591 с.