Электротехника и электроника Ч3 (электроника)

11

различных электронных схемах: модуляторах, перестраиваемых резонансных контурах, генераторах с электронной настройкой, параметрических усилителях и др.

Аппаратура, оборудование и материалы

При выполнении работы необходим специализированный лабораторный стенд со встроенными аппаратными средствами: учебный лабораторный комплекс «Электротехника и основы электроники». Комплекс состоит:

−блок генераторов напряжений;

−наборная панель;

−блок мультиметров;

−набор миниблоков «Электрические и электронные компоненты»;

−набор миниблоков «Трансформаторы»;

−набор аксессуаров (соединительные провода и перемычки).

Блок генераторов напряжений предназначен для моделирование

источников ЭДС постоянного и переменного тока. Он включает в свой состав:

−генератор синусоидальных напряжений 50 Гц (выходы напряжения промышленной частоты: однофазный 24 В / 0,2 А; трехфазный 3х7 В / 0,1 А);

−генератор напряжений специальной формы (выход напряжения специальной формы: 0,2…20 кГц (частота напряжения отображается на дисплее), синусоидальное 0…±10 В (амплитуда) / 0,2 А, прямоугольное однополярное 0…+10 В (амплитуда) / 0,2 А, прямоугольное двуполярное

0…±10 В (амплитуда) / 0,2 А);

−генератор постоянных напряжений (выходы постоянного напряжения: 2x15 В / 0,2 А; 0…15 В / 0,2 А).

Наборная панель предназначена для установки миниблоков перед соединением их между собой по заданным схемам при исследовании электрических и электронных цепей.

12

Блок мультиметров состоит из трех мультиметров, предназначенных для измерения переменных и постоянных токов и напряжений, омических сопротивлений.

Набор миниблоков «Электрические и электронные компоненты» содержит 64 миниблока (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, термисторы, фоторезистор, лампа накаливания, диоды, биполярные и полевые транзисторы, операционный усилитель, стабилитрон, варикап, светодиод, симметричный динистор, тумблер, прожектор).

Набор миниблоков «Трансформаторы» содержит 4 разъемных сердечника магнитопровода, 2 катушки по 100 витков, 3 катушки по 300 витков, 3 катушки по 900 витков.

Указания по технике безопасности

1.К работе на стендах допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности при выполнении работ в лабораториях кафедры «Теоретической и общей электротехники» и ознакомившиеся с настоящими методическими указаниями. Прохождение инструктажа по технике безопасности фиксируется преподавателем в специальном журнале.

2.Лабораторная работа должна выполняться не менее чем двумя студентами.

3.Перед началом сборки схемы необходимо убедиться в том, что стенд обесточен. Не допускается сборка схемы при неисправных элементах стенда и съемных деталях, а также использование проводов с поврежденной изоляцией.

4.Собранная цепь проверяется преподавателем и может включаться только по его разрешению. О включении напряжения предупреждают всех членов бригады, выполняющих работу.

5.По окончании испытания или при перерыве в работе схему отключают от напряжения питания. Разборку схему осуществляют по разрешению преподавателя.

13

Методика и порядок выполнения работы

1.Исследование ВАХ выпрямительного полупроводникового диода

1.1Собрать схему для измерения ВАХ диода при прямом смещении p-n-перехода (рисунок 9.4). С помощью элементов управления стенда установить следующие режимы работы: первый мультиметр в режим измерения постоянного напряжения на пределе 2 В; второй – в режим измерения постоянного тока на пределе 2 мА; на блоке «ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ» ручку регулятора «РЕГУЛИРОВКА НАПРЯЖЕНИЯ» повернуть против часовой стрелки до упора; тумблер источника напряжения «0…15 В» перевести в верхнее положение. Подать питание на стенд, для чего выключатели «СЕТЬ» используемых блоков перевести в положение «I».

1.2 Измерить силу тока, протекающего через диод, при изменении приложенного постоянного напряжения в диапазоне 0…0,7 В (не менее 10 измерений). Изменение напряжения производится вращением ручки регулятора «РЕГУЛИРОВКА НАПРЯЖЕНИЯ». Сила тока в цепи не должна

14

превышать одного миллиампера. Результаты измерений занести в таблицу 9.1.

Примечание: при малых напряжениях ток в цепи в основном протекает через входное сопротивление мультиметра в режиме измерения постоянного напряжения (~10 МОм).

1.3Переключить второй мультиметр в режим измерения постоянного тока на пределе 20 мА. Измерить напряжение на диоде при протекании прямого постоянного тока в диапазоне 1…20 мА (не менее 10 измерений). Результаты измерений занести в таблицу 9.2.

1.4Снять питание со стенда, для чего выключатели «СЕТЬ» используемых блоков перевести в положение «O». Разобрать схему эксперимента.

1.5По результатам измерений (п.п. 1.2, 1.3) рассчитать статическое (Rд.пр) и дифференциальное (rд.пр) сопротивления диода. Результаты вычислений занести в таблицы 9.1 и 9.2.

1.6 Построить графики зависимостей Iд.пр = f(Uд.пр), Rд.пр = f(Uд.пр),

rд.пр = f(Uд.пр).

1.7 Собрать схему для измерения ВАХ диода при обратном смещении p-n-перехода (рисунок 9.5). С помощью элементов управления стенда установить следующие режимы работы: первый мультиметр в режим измерения постоянного напряжения на пределе 200 В; второй – в режим измерения постоянного напряжения на пределе 200 мВ; на блоке «ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ» ручку регулятора «РЕГУЛИРОВКА НАПРЯЖЕНИЯ» повернуть против часовой стрелки до упора; тумблер источника напряжения «0…15 В» – в верхнем положении. Подать питание на стенд, для чего выключатели «СЕТЬ» используемых блоков перевести в положение «I».

Примечание: щуп второго мультиметра, подключенный к гнезду «COM», подсоединяется к «плюсу» источника напряжения, а щуп, подключенный к гнезду «VΩ», – к катоду диода, при этом измеряемое напряжение будет

15

отрицательным и показания необходимо записывать с положительным знаком.

Примечание: так как в стенде отсутствует источник напряжения 0…30 В, то необходимо включить имеющиеся источники («15 В» и «0…15 В») последовательно. При установке напряжения Uвх в диапазоне 0…15 В тумблер источника напряжения «15 В» должен быть установлен в нижнее положение, а в диапазоне 15…30 В – в верхнее.

Таблица 9.1 – Исследование прямой ВАХ диода

Измерения

Uд.пр, В 0

Iд.пр, мА 0

Вычисления

Rд.пр, Ом –

rд.пр, Ом –

Таблица 9.2 – Исследование зависимости падения напряжения на диоде от величины протекающего через него прямого тока

Измерения

1.8 Измерить напряжения на входе схемы (Uвх), падение напряжения на внутреннем сопротивлении второго мультиметра (UV) при изменении

16

входного постоянного напряжения в диапазоне 0…30 В (не менее 10 измерений). При необходимости переключить второй мультиметр в режим измерения постоянного напряжения на пределе 2 В. Результаты измерений занести в таблицу 9.3.

Примечание: Резистор RВНУТ является внутренним (входным) сопротивлением мультиметра в режиме измерения напряжения.

1.9 Снять питание со стенда, для чего выключатели «СЕТЬ» используемых блоков перевести в положение «O». Разобрать схему эксперимента.

1.10 По результатам измерений (п. 1.8) рассчитать приложенное к диоду напряжение по формуле Uд.обр =Uвх −UV ; силу тока, протекающего через диод по формуле Iд.обр =UV RВНУТ ; статическое сопротивление диода при обратном включении (Rд.обр). Результаты вычислений занести в таблицу 9.3.

1.11Построить графики зависимостей Iд.обр = f(Uд.обр), Rд.обр = f(Uд.обр).

1.12Ответить на следующие вопросы:

−Каково основное свойство диода?

−Насколько различны по величине токи, протекающие через диод, при прямом и обратном включении?

−Как соотносятся между собой статическое и дифференциальное сопротивления диода в проводящем состоянии?

2.Исследование ВАХ полупроводникового стабилитрона

2.1Собрать схему для измерения ВАХ стабилитрона при обратном смещении p-n-перехода (рисунок 9.6). С помощью элементов управления стенда установить следующие режимы работы: первый и второй мультиметры в режим измерения постоянного напряжения на пределе 20 В; третий – в режим измерения постоянного тока на пределе 20 мА; на блоке «ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ» ручку регулятора «РЕГУЛИРОВКА НАПРЯЖЕНИЯ» повернуть против часовой стрелки до

17

упора; тумблер источника напряжения «0…15 В» перевести в верхнее положение. Подать питание на стенд, для чего выключатели «СЕТЬ» используемых блоков перевести в положение «I».

2.2Измерить силу тока, протекающего через стабилитрон, при изменении входного постоянного напряжения в диапазоне 0…15 В. Изменение напряжения производится вращением ручки регулятора «РЕГУЛИРОВКА НАПРЯЖЕНИЯ». Результаты измерений занести в таблицу 9.4.

Примечание: в диапазоне 0…10 В изменять напряжение с шагом 2 В, в диапазоне 10…15 В – с шагом 0,5 В.

2.3Снять питание со стенда, для чего выключатели «СЕТЬ» используемых блоков перевести в положение «O». Разобрать схему эксперимента.

А3

Рисунок 9.6 – Схема измерения ВАХ стабилитрона при обратном смещении p-n-перехода

2.4По результатам измерений (п. 2.2) рассчитать статическое (Rст.обр) и дифференциальное (rст.обр) сопротивления стабилитрона. Результаты вычислений занести в таблицу 9.4.

2.5Построить графики зависимостей Iст.обр = f(Uст.обр), Rст.обр = f(Uст.обр),

rст.обр = f(Uст.обр), Iст.обр = f(Uвх) и Uст.обр = f(Uвх).

2.6Определить напряжение стабилизации стабилитрона (Uстаб ) и

Таблица 9.4 – Исследование ВАХ стабилитрона при обратном смещении

Измерения

Uвх, В 0

Uст.обр, В 0

Iст.обр, мА 0

Вычисления

Rст.обр, Ом –

rст.обр, Ом –

2.7 Ответить на следующие вопросы:

−При каких условиях напряжение на стабилитроне остается практически неизменным?

−При каких условиях через стабилитрон протекает ток стабилизации?

−Объяснить принцип стабилизации напряжения с помощью стабилитрона? Объяснить назначение резистора в исследуемой схеме?

следующие режимы работы: первый мультиметр в режим измерения постоянного напряжения на пределе 200 В; второй – в режим измерения постоянного напряжения на пределе 200 мВ; третий – в режим измерения постоянного тока на пределе 20 мА; на блоке «ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ» ручку регулятора «РЕГУЛИРОВКА НАПРЯЖЕНИЯ» повернуть против часовой стрелки до упора; тумблеры источника напряжения «0…15 В» и первого источника «15 В» (источник в цепи управляющего электрода тиристора) перевести в верхнее положение, а тумблер второго источника (источник в анодной цепи тиристора) – в нижнее.

19

Подать питание на стенд, для чего выключатели «СЕТЬ» используемых блоков перевести в положение «I».

Примечание: Щуп второго мультиметра, подключенный к гнезду «COM», подсоединяется к тумблеру S1 источника напряжения, а щуп, подключенный к гнезду «VΩ», – к аноду тиристора, при этом измеряемое напряжение будет отрицательным и показания необходимо записывать с положительным знаком.

3.2 Включить тумблер S1. Потенциометром Rп установить силу тока в цепи управления тиристора равной нулю. Измерить напряжения на входе схемы (Uвх), падение напряжения на внутреннем сопротивлении второго мультиметра (UV) при изменении входного постоянного напряжения в диапазоне 0…30 В (не менее 10 измерений). Изменение напряжения производится вращением ручки регулятора «РЕГУЛИРОВКА НАПРЯЖЕНИЯ». При необходимости переключить второй мультиметр в режим измерения постоянного напряжения на пределе 2 В. При установке напряжения в диапазоне 0…15 В тумблер второго источника напряжения «15 В» должен быть установлен в нижнее положение, а в диапазоне 15…30 В

– в верхнее. Результаты измерений занести в таблицу 9.5.

Таблица 9.5 – Исследование ВАХ тиристора при токе управления Iу = 0

3.3 Снять питание со стенда, для чего выключатели «СЕТЬ» используемых блоков перевести в положение «O».

3.4 По результатам измерений (п. 3.2) рассчитать приложенное к тиристору напряжение по формуле Uт.пр =Uвх −UV ; силу тока, протекающего

20

через тиристор по формуле IА =UV RВНУТ ; сопротивление тиристора в закрытом состоянии Rзакр. Результаты вычислений занести в таблицу 9.5.

3.5 С помощью элементов управления стенда установить следующие режимы работы: первый мультиметр в режим измерения постоянного напряжения на пределе 200 В; второй – в режим измерения постоянного тока на пределе 200 мА. Преобразовать схему для измерения ВАХ тиристора при Iу > Iотп (рисунок 9.7 б). Подать питание на стенд, для чего выключатели «СЕТЬ» используемых блоков перевести в положение «I».

3.6Тумблер второго источника «15 В» перевести в нижнее положение. Установить напряжение на тиристоре равным 5 В. Потенциометром Rп установить такую силу тока в цепи управляющего электрода, при котором произойдет открытие тиристора (напряжение на нем снизится до ~1 В) – ток отпирания (Iотп). Записать величину Iотп в отчет.

3.7Переключить первый мультиметр в режим измерения постоянного напряжения на пределе 2 В. Установить ток в цепи управления тиристора большим тока отпирания. Измерить силу тока в анодной цепи и падение напряжения на тиристоре при изменении постоянного напряжения, приложенного к анодной цепи тиристора Uвх, в диапазоне 0…30 В. Результаты измерений занести в таблицу 9.6.

3.8Рассчитать сопротивление тиристора в открытом состоянии Rоткр при положительных значениях анодного тока. Результаты вычислений занести в таблицу 9.6.

Таблица 9.6 – Исследование ВАХ тиристора при токе управления Iу > Iотп

Измерения

Uт.пр, В

IА, мА

Вычисления

Rоткр, Ом

3.9 С помощью потенциометра RП установить ток управления