27

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Юго-Западный государственный университет»

Кафедра электроснабжения

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ по курсу

" Электроника"

Курск -2012

Составители Е.М.ТЕРЕЩЕНКО, В.И.ИВАНОВ

УДК 621.38

Методические указания к выполнению лабораторных работ по про-

мышленной электронике/ЮЗГУ;

Сост. Е.М.Терещенко, В.И.Иванов. Курск, 2012.

Излагаются программа и методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу электроники, посвященных изучению основных измерительных приборов и методов измерений, исследованию характеристик и параметров полупроводниковых приборов и простейших электронных схем, включая однокаскадные усилители с отрицательной обратной связью.

Предназначены для студентов специальностей 2201, 2204.

Табл.18. Рис15. Библиогр.13.

Рецензент кандидат технических наук, доцент кафедры промэлект-

роники О.Г. Цыганков.

Редактор

Подписано в печать _______. Формат 60*84 1/16. Бумага для множи-

тельных аппаратов. Печать офсетная. Усл. Печ.л. 1,06. УЧ-изд.л.1,06.

Тираж 100 экз. Заказ______. Бесплатно.

Юго Западный государственный университет

Подразделение оперативной полиграфии КГПУ.

Адрес университета и подразделения оперативной полиграфии:

305039 Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N1.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОННЫХ ЦЕПЕЙ.

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Изучение устройства и принципа работы основных измерительных

приборов: электронного осциллографа, генератора, вольтметра; изучение методов измерения амплитудных, временных и фазовых параметров электрических сигналов в RC-цепях.

2.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Осциллограф - электронный прибор, предназначенный для отображения на экране формы сигналов: тока, напряжения - в функции времени.

Развертка электрических сигналов во времени осуществляется благодаря наличию в трубке осциллографа отклоняющих пластин. На горизонтальные отклоняющие пластины подают пилообразное напряжение развертки, а на вертикальные - исследуемый сигнал. В результате на экране появляется "картинка", показывающая изменение амплитуды сигнала во времени.

При равенстве частоты развертки и частоты сигнала на экране появляется один период колебания. При неравенстве этих частот число периодов, отображаемых на экране, определяется их отношением.

Для управления параметрами изображения "картинки" осциллограф содержит органы управления: регулятор чувствительности (амплитуды) сигнала и регулятор частоты развертки. Позиции регулятора чувствительности маркированы показателями, имеющими размерность "В/дел". Если размах сигнала по оси "Y" укладывается в 3 деления, а ручка чувствительности стоит на 0,5 В/дел, то амплитуда сигнала равна: 0,53=1,5 В.

Позиции регулятора частоты развертки имеют размерность t/дел, при этом t приводится в "с" (секундах), "мс" (миллисекундах), "мкс" (микросекундах), отражающих длительность периода сигнала.

Для перевода длительности в частоту и наоборот используют формулу F=1/T, где F-частота колебаний сигнала, а Т-длительность одного колебания (период). Если частота выражена в герцах, то длительность получает размерность секунд; если частота в кГц, длительность в милисекундах (мс); если частота в мегагерцах (МГц), то длительность - в микросекундах (мкс).

К примеру, периоду в 50 мс соответствует частота: 1/0,05=20 Гц.

3.ПРОГРАММА РАБОТЫ

3.1 Произвести с помощью осциллографа измерения амплитуды и

периода синусоидального напряжения.

Соединить вход осциллографа с выходом генератора Г3-33 (рис.1). Установить на выходе генератора параметры сигнала в пределах: амплитуда - 1...5В, частота - 500...2000 Гц; выбрать режим внутренней синхронизации осциллографа.

Генератор сигналов Выход

Осциллограф

Вход

Рис.1 Схема для исследования амплитудных и временных параметров

Установив ручкой чувствительности удобные размеры наблюдаемого на экране изображения сигнала, произвести измерения амплитуды и периода колебаний выходного напряжения генератора.

Сопоставить полученные результаты измерений с установленными значениями на генераторе: амплитуду Um  c действующим Uг на шкале вольтметра, период Т с частотой Fг  на лимбе генератора.

3.2 Построить амплитудно-частотную характеристику (ачх) интегрирующей rc-цепочки и измерить сдвиг фазы на ее выходе.

Подключить к выходу генератора Г3-33 интегрирующую RC-цепь (рис.2) и вход синхронизации осциллографа; установить режим внешней синхронизации осциллографа. Дискретно меняя частоту выходного сигнала генератора Fг и попеременно подключая вход осциллографа к вы ходу генератора и к выходу RC-цепи, измерить на каждой частоте модуль коэффициента передачи как отношение амплитуды Uc напряжения на конденсаторе к амплитуде Uг  выходного напряжения генератора:

  К(F)= Uc/Uг .

Построить АЧХ как зависимость коэффициента К от частоты F.

Определить частоту (F_0,71), при которой К= 0,71 и произвести измерение сдвига фазы ( ) сигнала этой частоты на RC-цепочке.

Генератор

Г3-33 Выход

Вход синхр.

Осциллограф

Вход

R

C

Рис.2 Схема для исследования интегрирующей RC-цепочки

3.3 Построить ачх дифференцирующей rc-цепи и измерить сдвиг фазы на ее выходе.

Подключить к выходу генератора Г3-33 дифференцирующую RC-цепь

(рис.3) и вход синхронизации осциллографа; установить режим внешней синхронизации осциллографа.

Дискретно меняя частоту выходного сигнала генератора Fг и попеременно подключая вход осциллографа к выходу генератора и к выходу RC-цепи, измерить на каждой частоте модуль коэффициента передачи как отношение амплитуды Ur напряжения на резисторе к амплитуде Uг выходного напряжения генератора:

К(F)= Ur/Uг .

Генератор

Г3-33 Выход

Вход синхр.

Осциллограф

Вход

C

R

Рис.3 Схема для исследования дифференцирующей RC-цепочки

Построить АЧХ как зависимость коэффициента К от частоты F.

Определить частоту (F_0.71), при которой К=0,71 и произвести измерение сдвига фазы (  сигнала этой частоты на RC-цепочке.

3.4 Произвести измерение параметров импульсного сигнала.

Подключить вход осциллографа к выходу генератора импульсов, установить параметры выходных импульсов по указанию преподавателя.

Установить на осциллографе режим внутренней синхронизации, чувствительность и скорость развертки луча, необходимые для получения качественного изображения сигнала. Измерить амплитуду Um, длительность t_И и период Т следования импульсов. Зарисовать осциллограммы с указанием масштабов.

  4.МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

4.1 Перед проведением амплитудных измерений осциллограф должен быть откалиброван.

При выполнении измерений по п.3.1 ручками "В/Дел" и "Время/Дел" установить размеры осциллограммы, удобные для измерений: на экране должно уложиться 2...3 периода колебаний.

Отсчет амплитуды Um  производить, используя установленные параметры чувствительности "В/Дел", а период Т - с учетом установленного значения ручки "Время/Дел" в микросекундах (мкс) или миллисекундах (мс).

Результаты измерений и вычислений свести в таблицы 1,2.

4.2 Перед выполнением измерений по п.п.3.2 и 3.3 определить область частот (разную для дифференцирующей и интегрирующей цепей), где коэффициент передачи максимален и равен 1. Установить в этой области частот такое значение выходного напряжения генератора, при котором полный размах колебания на экране составляет 5 больших делений.

Для построения АЧХ изменять частоту F дискретно и равномерно в логарифмическом масштабе, т.е. увеличивая или уменьшая в одинаковое число раз, например, в 2 раза (октавами): ...250, 500, 1000 (Гц), и измеряя на каждой частоте размах колебания по вертикали.

Результаты измерений и вычислений свести в таблицы. Отметить "частоты среза" АЧХ, на которых К(F) снижается до уровня 0,71.

При построении графиков АЧХ измерение точки следует располагать на частотной оси равномерно, через одинаковые промежутки.

Таблица 1

Измерение амплитуды

Напряжение генератора, Uг,В
Амплитуда, Um, В
Действующее значение амплитуды: U=0,71 Um

Таблица 2

Измерение частоты

Частота генератора Fг,Гц
Период колебаний, Т, мс
Частота колебаний F=1/Т

 

Таблица 3

АЧХ интегрирующей цепочки

Частота Fг, Гц
Uс, В
Uг, В
К(F)= Uс/ Uг

Таблица 4

АЧХ дифференцирующей цепочки

Частота Fг, Гц
Ur, В
Uг, В
К(F)= Ur/ Uг

Для измерения сдвига фазы на "частоте среза" (Fв или Fн ) необходимо в режиме внешней синхронизации осциллографа вначале получить на экране изображение 1,5...2 периодов выходного напряжения генератора, а затем переключить вход осциллографа на выход RC-цепочки и измерить сдвиг этих сигналов во времени. Сдвиг по фазе определяется (см.рис.4)  пропорциональным соотношением =(T/T) 360⁰,

где Т - период колебания, T - сдвиг по времени.

Рис.4 Измерение сдвига фаз

Отметить направление сдвига: задержка или опережение. При задержке сигнала <0, при опережении  >0.

 5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объясните назначение электронного осциллографа.

2. Назовите основные узлы осциллографа.

3. Как устанавливается необходимый размах амплитуды сигнала на экране осциллографа?

4. Как устанавливается необходимая скорость горизонтальной развертки?

5. Виды синхронизации, применяемые при измерениях с помощью осциллографа.

6. Как выполняются амплитудные измерения сигналов осциллографом?

7. Как выполняются измерения временных параметров сигналов с помощью осциллографа?

8. Что такое АЧХ и ФЧХ электронной схемы?

9. Объяснить характер передаточной характеристики интегрирующей и дифференцирующей цепочек.

 6.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать:

1) Конспект общих положений лабораторной работы, схемы, программу исследований (готовится до начала работы);

2) результаты исследований: заполненные таблицы амплитудных и временных измерений, таблицы и графики АЧХ, значения сдвига фазы, рисунок осциллограммы импульсного сигнала.

7. ЛИТЕРАТУРА

1. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических ве-

личин. -М.:Высшая школа, 1982, С.63-88, 149-161.

2. Техническое описание и инструкции по эксплуатации электрон-

ного осциллографа С1-70.

 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

СТАТИЧЕСКИЕ ВОЛЬТАМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОГО ПЕРЕХОДА И БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА