АПД 1

министерство образования и науки россиЙской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

Томский политехнический университет»

_______________________________________________________________________________________

Институт ЭНИН

Кафедра ЭПЭО

«ИССЛЕДОВАНИЕ ВАХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ С ПОМОЩЬЮ Electronics Workbench»

Отчет по лабораторной работе №1

Вариант 7

Выполнил студент:

гр. 5а14 Раитин М.Д.

Проверил преподаватель:

Бурулько Л.К.

Томск 2013 г.

Цель работы – изучение возможностей в программе «Electronics Workbench» для имитационного моделирования электронных схем.

Задание 1. С применением программы EWB получить прямые ветви вольт-амперных характеристик диода и стабилитрона.

Таблица 1.1

Вариант	Стабилитрон	Диод
7	1N4728A	1N4150

Рис.1.1 Схема для исследования вольт-амперной характеристики диода 1N4150.

Таблица 1.2

Таблица данных вольт-амперной характеристики диода 1N4150

U, мВ	0	595,4	637,1	665,1	683,5	696,7	714,7	732,6
I, мА	0	0.1	0.5	1	3	5	10	20

Рис.1.2 Диаграмма ВАХ диода 1N4150

Рис.1.3 Схема для исследования вольт-амперной характеристики стабилитрона 1N4728A

Таблица 1.3

Таблица данных вольт-амперной характеристики стабилитрона 1N4370А

U, В	0	595,4	637,1	665,1	683,5	696,7	714,7	732,6
I, мА	0	0.1	0.5	1	3	5	10	20

Рис.1.4 Диаграмма ВАХ стабилитрона 1N4728A

Вывод: в результате измерений было установлено, что вольтамперная характеристика диода и стабилитрона совпадают, так как при прохождении тока в прямой ветви они обладают одинаковыми свойствами и функциями.

Задание 2. С применением программы EWB получить и в программу Excel построить семейство выходных ВАХ биполярного транзистора.

Таблица 2.1

Вариант	Тип транзистора
7	BD501B

Рис.2.1 Схема для исследования ВАХ биполярного транзистора 2N3904

Рис.2.2 Диаграмма ВАХ биполярного транзистора BD501B

Таблица 2.2

Таблица данных ВАХ биполярного транзистора BD501B

					Uкэ, В
		0	0,1	0,3	0,5	1	2	3
Iб=5мА	Iкэ, А	0	0,05779	0,2086	0,2329	0,2340	0,2361	0,2381
Iб=10мА	Iкэ, А	0	0,06643	0,2489	0,3413	0,3436	0,3467	0,3497
Iб=20мА	Iкэ, А	0	0,07070	0,2723	0,4587	0,4989	0,5033	0,5077

Вывод: напряжение зависит от тока базы транзистора, но при некоторых значения напряжение становится постоянным и не меняется.

Задание 3. Собрать в программе «Electronics Workbench» усилитель переменного тока по схеме с применением транзистора, подключив все необходимые приборы: функциональный генератор (Function Generator), осциллограф (Oscil loscope), анализатор частотных характеристик (Bode Plotter).

Определить, используя анализатор частотных характеристик (Bode Plotter):

– среднюю частоту полосы пропускания f_ср;

– нижнюю граничную частоту полосы пропускания f_нижн;

– верхнюю граничную частоту полосы пропускания f_верхн;

– коэффициент усиления по напряжению в рассматриваемой схеме

в относительных единицах k_U и в децибелах L_U на нижней, средней и верхней частоте полосы пропускания;

– величину отставания по фазе φ выходного сигнала относительно входного на нижней, средней и верхней частоте полосы пропускания;

Определить, используя осциллограф (Oscilloscope):

– величины k_U и φ при f_нижн, f_ср, f_верхн;

– вычислить L_U=20lgk_U при нижнf, срf, верхнf.

Рис. 3.1 Схема усилителя переменного тока (УПТ), набранная в программе «Electronics Workbench» с применением транзистора.

Рис. 3.2 Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика (ЛАЧХ) УПТ, индицируемая инструментом Bode Plotter в «Electronics Workbench».

Рис. 3.3 Фазо-частотная характеристика (ФЧХ) УПТ, индицируемая инструментом Bode Plotter в «Electronics Workbench».

Рис. 3.4 Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)

УПТ, индицируемая инструментом Bode Plotter в «Electronics Workbench».

Рис. 3.5 ЛАЧХ УПТ, построенная в Excel

Рис. 3.6 АЧХ УПТ, построенная в Excel

Рис. 3.7 ФЧХ УПТ, построенная в Excel

Рис. 3.8 Осциллограмма входного и выходного сигналов УПТ

Методика определения фазы выходного сигнала УПТ с применением осциллографа на примере сигнала с частотой f_н

f_н = 1,7 [кГц]

V_A1=U_вx.a =0,01988 [В]

T₁-Т₂=-220,6*10^-6 [сек]

V_B2=U_вых.а=1,238 [В]

k_U=62,27 [о.е.]

L_U=35,886 [дБ]

Методика определения коэффициента усиления по напряжению УПТ k_U [o. e.] с применением осциллографа на примере сигнала с частотой f_cp.

F_ср =476,6 [кГц]

V_A1=U_вx.a=0,01988 [В]

T₁-Т₂= -3,13*10^-6 [сек]

V_B2=U_вых.а=1,6 [В]

k_U=80,86 [о.е.]

L_U=38,15[ дБ]

Методика определения коэффициента усиления по напряжению УПТ L_U [дБ] с применением осциллографа на примере сигнала с частотой f_верх

F_верх =134,5 [МГц]

V_A1=U_вx.a=0,01988 [В]

T₁-Т2=-4,65*10^-9 [сек]

V_B2=U_вых.а=1,14 [В]

k_U=35,17 [о.е.]

L_U=35,17 [дБ]

Табл. 3.1. Результаты измерений

Измерительный прибор	Паратметры усилителя	Частоты, кГц
		fнижн =1,689	fср =476,6	fверх = 134500
Анализатор частотных характеристик	kU, о.е.	64,6	89,3	58,5
	LU, дБ	36,2	39	35,343
		-134,9	-180	-233
Осциллограф	kU, о.е.	62,27	80,86	57,34
	LU, дБ	35,886	38,15	35,17
		-135	-177,03	-225,153

Вывод: параметры усилителя, найденные с помощью Bode Plotter и Oscilloscope, примерно совпадают. Небольшая погрешность обусловлена округлением промежуточных результатов.

Задание 4. Собрать схему электропривода постоянного тока с транзисторным ключом. Необходимо определить время переходного процесса скорости двигателя при скважности включения транзисторного ключа.

Duty Cycle 30%

Рис. 4.1 Схема электропривода постоянного тока с транзисторным ключом.

Устанавливаем параметры генератора: импульсы прямоугольной формы с амплитудой 10В и частотой 50Гц. С помощью параметра Duty Cycle задаем скважность импульсов 30%.

Рис. 4.2 Параметры Function Generator.

Рис. 4.3 Показания осциллографа.

Вывод: За 242 периода двигатель разгоняется до установившейся скорости. Время разгона или время переходного процесса скорости двигателя равно времени, за которое скорость двигателя достигнет 95% от установившегося значения (отсутствие перерегулирования).

Значит, время переходного процесса занимает примерно 230 периодов и примерно 2,135505 сек.

Задание 5.

I=2,617(A), V₁=-15,71(B), V₂=4,872(B), V₃=-646,9(mB), V₄=-21,23(B)

Задание 6. Для однофазного мостового выпрямителя с LC-фильтром низких частот на выходе определить размах пульсаций напряжения на нагрузке.

Рис.6.1 Схема для определения размаха пульсаций напряжения на нагрузке однофазного мостового выпрямителя с LC-фильтром низких частот.

Рис.6.2 Показания осциллографа.

Размах пульсаций определяется как разница между максимальной и минимальной величинами напряжения по показаниям осциллографа. Из рисунка видно, что размах пульсаций равен 106,6723В.

Задание 7. Для Двухзвенного симметричного нагруженного LC-фильтром низких частот определить координаты двух точек резонанса. Параметры R1,R2,R3, L1 и L2 такие же, как и в схеме, собранной в EWB. Численные данные для ёмкости коненсаторов фильтра (C1=C2=C) взять с таблицы.

Вариант	С, мкф
7	70.7

Такой фильтр имеет две резонансные частоты, которые в ненагрженном режиме дают значительное увеличение коэффициента передачи по сравнению с режимом постоянного тока. На частоте 31.62 Гц коэффициент передачи фильтра составляет 0.725 дб.

Вывод: изучил возможности в программе «Electronics Workbench» для имитационного моделирования электронных схем. В частности: собирать электрические схемы, строить различные графики и диаграммы. А также экспортировать результаты измерений в другие программы, такие как Microsoft Office Excel.