Лабораторная работа № 8

Изучение электронного осциллографа и получение вольтамперных характеристик

1. Цель работы: ознакомление с устройством и работой электронного осциллографа и некоторыми его применениями.

2. Электронный осциллограф. Описание прибора вынесено в конец этой методички.

3. Вольтамперные характеристики элементов электронных схем.

3.1. Вольтамперная характеристика резистора.

Вольтамперная характеристика (либо семейство таких характеристик, полученных для различных значений некоторого параметра) представляет собой зависимость тока, протекающего через некоторый участок электрической цепи, от напряжения, приложенного к этому участку I=f(U), и дает максимальную информацию о возможностях использования того или иного элемента электротехнических или электронных схем. Если в качестве исследуемого элемента взят резистор, представляющий собой активное сопротивление, то на основании закона Ома можно предположить линейный вид вольтамперной характеристики (рисунок 8.1а). Угол наклона вольтамперной характеристики к оси Х (тока) позволяет определить величину сопротивления.

Рисунок 8.1 – Вольтамперные характеристики

3.2. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода.

Полупроводниковый диод содержит контакт двух полупроводников с различным типом проводимости – электронным (n-тип) и дырочным (р-тип). Свойства диода полностью определяются свойствами контакта (р-n переход). Теория р-n перехода изложена в описании лабораторной работы 3.6. Широкое использование полупроводниковых диодов определяется вентильным эффектом, суть которого заключается в односторонней проводимости этих элементов схем. Качественная вольтамперная характеристика представлена на рисунке 8.1б.

3. Вольтамперная характеристика полупроводникового стабилитрона.

Стабилитрон представляет собой кремниевый диод, изготовленный по специальной технологии. При включении стабилитрона в прямом (пропускном) направлении его вольтамперная характеристика аналогична характеристике обычного кремниевого сплавного диода. Но стабилитрон работает в режиме обратного напряжения. При увеличении обратного напряжения ток через стабилитрон вначале растет очень медленно, а затем при некотором значении обратного напряжения наступает так называемый «пробой» p-n перехода, после чего даже небольшое увеличение напряжения значительно увеличивает ток. После наступления «пробоя» напряжение на стабилитроне меняется незначительно, что обуславливает широкое использование таких элементов в схемах стабилизации постоянного напряжения. «Пробой» p-n перехода не ведет к порче стабилитрона, если ток через него не превышает некоторого предельного значения. Качественно вольтамперная характеристика стабилитрона показана на рисунке 8.1в.

4. Описание экспериментальной установки.

Лабораторная работа состоит из двух частей. Первая из них заключается в наблюдении на экране осциллографа периодических сигналов в режиме реального времени и проведении простейших амплитудно-временных измерений. Здесь в качестве источника периодических сигналов используется генератор сигналов функциональный – ГСФ-2. Основные технические характеристики генератора:

• диапазон частот задающего генератора 0,3 Гц-1500 кГц;

• диапазон частот усилителя 0-20 кГц;

• выходные сигналы – синусоидальный, пилообразный, прямоугольный;

• выходное напряжение 0-20 В.

Вторая часть работы заключается в изучении вольтамперных характеристик некоторых элементов электрических схем. Схема измерений приведена на рисунке 8.2. Здесь последовательно с исследуемым элементом, вольтамперную характеристику которого необходимо получить на экране осциллографа, включен резистор R₀ с известным сопротивлением. На выходе генератора – синусоидальное или пилообразное напряжение частотой 100-300 Гц. Используемая схема подключается к осциллографу в режиме «X-Y», причем выход А (сигнал равен напряжению на исследуемом элементе) подключается ко входу Х, а выход В (сигнал пропорционален току в элементе) ко входу Y.

Рисунок 8.2 – Схема регистраций вольтамперных характеристик