РТ лабыФОПФ, осень 2012 / Календарный план и методические указания

ЭЛЕКТРОННЫЕ МЕТОДЫ ФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Календарный план лекционно-лабораторных занятий и методические указания

3-й курс факультета общей и прикладной физики (ФОПФ),

группы 021, 022, 023, 024, 025, 026

Осенний семестр 2012/2013 учебного года

Вступление. 1-я тема: Усилители на биполярных транзисторах

1-е занятие (1 – 7 сентября 2012 года)

Вступление.

Предмет курса:

–представление об электронике в целом и взгляд на нее с точкизрения регистрации и обработки данных в физическом эксперименте;

–преобразование физических явлений, событий и характеристик в электрический сигнал, примеры простейших датчиков (термопара, пьезокристалл, фотоэлемент и др.);

–особенности данного курса в сравнении с учебными курсами математики и общей физики (приближенные оценки);

–как пользоваться учебной литературой с учетом того, что рассказывается на занятиях?

–программа курса; план учебной работы на семестр и методические указания – в компьютере на рабочем столе студента; дополнительные занятия.

Индивидуальное и самостоятельное ознакомление студентов (путем чтения с экрана монитора на своем рабочем месте):

–с правилами работы в лаборатории;

–с правилами техники безопасности.

Усилители на биполярных транзисторах:

– минимальные сведения о транзисторе:

графическое изображение n–p–n-транзистора, обозначение выводов;

iК f (uБЭ), iК uБЭ, iЭ iК iБ (в отличие от закона Кирхгофа для токов uБЭ uКЭ 0);

T – абсолютная температура (в Кельвинах, [К]), qe 1.6 10-19 Кл заряд электрона (в Кулонах: 1 Кл = 1 А с), UT 25 мВ при T 300 К;

–принцип усиления: K (def) uвых / uвх SRК , где uвых uRК , uвх uБЭ, S(def) diК / duБЭ IК ; необходимость включения источника питания в коллекторную цепь;

–постоянные и переменные токи и напряжения в электронной схеме (пример: Rн* RК Rн );

–нестабилизированная схема (режим по постоянному току, UБЭ = 0.6 … 0.7 В; подключение источника сигнала к входу);

–определения и физический смысл:

Ku, Rвх, теорема об эквивалентном генераторе, Ke [Rвх / (Rи Rвх)] Ku, fн, fв; Uвых_макс .

Объяснение правил и демонстрация студентам:

–как собрать схему на индивидуальной макетной плате?

–подключение макетной платы к источнику питания;

–подключение компьютерных генератора и осциллографа;

–измерение постоянного и переменного напряжений («ненагружающее действие» входных цепей измерительного прибора; резисторные делители напряжения 1:4, 1:10).

Самостоятельное выполнение студентами:

п. 1 задания к лабораторной работе № 28;

измерение Ke в схеме, относящейся к п. 2а задания в лабораторной работе № 28, при Uвх_m = 10 … 20 мВ и f = 1 … 10 кГц.

1

колебания. (в) Достаточно путем расчета найти значения Uвых(k) _m_макс (k = 2а, 2б, 3) по известным значениям постоянного напряжения на коллекторе UКЭ(k) и напряжения питания UП.

(2)В каждом из упражнений 2а, 2б и 3 значения Ke, Ku и Rвх находят в результате двух измерений выходного сигнала Uвых_1 и

Uвых_2 , подавая сигнал одной и той же величины U* (порядка 10 мВ) сначала на левый по схеме вывод резистора Rи , а затем непосредственно на базу транзистора (через конденсатор CБ ): Uвых_1 Uвых U* , Uвых_2 Uвых Uвх U* . Тогда

Ke Uвых_1 /U*, Ku Uвых_2 /U* и Rвх Ke(Ku Ke) Rи .

1-я тема: Усилители на биполярных транзисторах

3-е занятие (15 – 21 сентября 2012 года)

Многокаскадный усилитель:

–часто входное сопротивление усилителя входному сопротивлению 1-го каскада, максимальное неискаженное напряжение на выходе усилителя максимальному неискаженному напряжению последнего n -го каскада;

–при определении коэффициента усиления k -го каскада Ku(k) необходимо принять во внимание, что сопротивление нагрузки в коллекторной цепи транзистора в этом каскаде равно Rн*(k) RК(k) Rвх(k 1) , где Rвх(k 1) – входное сопротивление следующего,(k 1) -го каскада;

–частотные характеристики отдельных каскадов Ku(k)( j ) перемножаются (частотная характеристика каскада наблюдается в условиях, когда выход предыдущего каскада нагружен на входную цепь следующего каскада), поэтому в общем случае

Самостоятельное выполнение студентами:

– пп. 4, 5 и 6 задания к лабораторной работе № 28 (кроме измерения Uвых_m_макс в п. 5);

Дополнительные сведения, пояснения и рекомендации:

(1)При выполнении п. 6 частоту прямоугольных колебаний и скорость развертки осциллографа нужно выбирать так, чтобы изображения на экране имели вид, приведенный на рис. 18в и на рис. 19в (с. 27 в описании этой лабораторной работы); в обоих случаях необходимо знать, чему равно напряжение U0 на выходе усилителя. Постоянные времени (6)н и (6)в определяются по времени спадания uвых(t) в e раз и по времени его нарастания до значения (1 e 1) U0 соответственно. Измерения

3

1-я тема: Усилители на биполярных транзисторах

4-е занятие (22 – 28 сентября 2012 года)

Самостоятельное выполнение студентами:

– п. 7 задания к лабораторной работе № 28.

Коллоквиум по теме 1 (сдача лабораторной работы № 28).

К моменту сдачи этой лабораторной работы целесообразно, чтобы студент заполнил следующую таблицу, внеся в нее результаты выполненных им измерений.

Лабораторная работа № 28

Имя и фамилия студента, номер учебной группы

4

Дополнительные сведения, пояснения и рекомендации:

При выполнении п. 7 задания к лабораторной работе № 28: (а) измерить Uвых_m_макс , Ku , Ke , Rвх , fн , fв и сравнить со значениями этих параметров, относящихся к схеме из п. 5 в данной лабораторной работе (поместив их вместе в одну таблицу); небольшой коэффициент усиления позволяет производить измерения при значительно большей величине входного сигнала,

измерить непосредственно (и сравнить с расчетным значением) благодаря отсутствию нелинейных искажений при больших значениях uвых ; (г) измерить переменное напряжение на эмиттере относительно земли Uэ и убедиться в том, что Uэ Uвх

(Uэчуть меньше, чем Uвх ), и остается практически неизменным, при замыкании коллектора на землю по переменному току с помощью конденсатора CЭ из п. 5 задания, что свидетельствует о слабой внутритранзисторной связи между коллектором и базой (эмиттером).

5