9

Лабораторное занятие № 1 Исследование резистивных (r–r) делителей напряжения

1. Цель занятия

1.Получить практические навыки создания и исследования делителей напряжения из пассивных электронных элементов с требуемыми параметрами.

2. Ознакомиться с методикой снятия статических вольтамперных и передаточных характеристик.

2. Основные теоретические положения

1. Все электронные преобразователи сигналов можно привести либо к делителю напряжения, либо к делителю тока. Поэтому все преобразователи сигналов можно представить в виде последовательного либо параллельного соединения двух электронных элементов Общая схема делителя напряжения изображена на Рис. 1.

И

Рис. 1

сточник ЭДС Е подключается к делителю напряжения из элементов Э₁ иЭ₂. Под воздействием входного напряжения U_ВХ =Е через делитель течёт ток I=I₁=I_2, причём .

2. Статическое электрическое состояние элементов Э₁ и Э₂ характеризуется установившимся значением тока через элементы и напряжением, падающем на элементах Э₁ и Э₂. Величины токов и напряжений элементов, соответствующие статическому состоянию определяют электрический режим работы преобразователя, т.е. положение рабочей точки.

Рабочей точкой делителя называется точка на графиках ВАХ, соответствующая равенству токов элементов. Чтобы найти положение рабочей точки графически, необходимо построить в одной и той же системе координат графики ВАХ обоих элементов. Точка пересечения этих графиков и будет рабочей точкой делителя.

Для изменения положения рабочей точки элемента изменяют уровень напряжения U_ВХ в контуре воздействия. При изменении, например, тока I в элементах устанавливается соответствующее ему новые значения напряжений, т.е. изменяется положение рабочей точки. Совокупность статических положений рабочей точки элемента можно представить функциями: либо U=f₁(I), либо I=f₂(t). Графики этих функций называют статическими вольтамперными характеристиками (ВАХ) элемента. ВАХ элемента несут информацию о его электрических свойствах и возможностях практического использования.

3. Если элемент или схема из совокупности элементов включены в цепь передачи электрического сигнала, то он характеризуется статической передаточной характеристикой (ПХ), которая представляет собой функцию установившегося сигнала на выходе от параметров установившегося сигнала на входе элемента. Возможны два типа передаточных характеристик:

Uвых=f₁(Uвх), если во входном и выходном контурах взаимодействия создан режим делителя напряжения;

I_вых=f₂(I_вх), если во входном и выходном контурах взаимодействия существует режим делителя тока.

Статическая передаточная характеристика, как и вольтамперная характеристика, определяется совокупностью возможных положений рабочих точек элемента, однако, в отличие от последней, она характеризует элемент в условиях изменений состояния на входе и на выходе.

По передаточной характеристике судят о возможностях элемента или схемы сохранять или изменять отдельные параметры передаваемого сигнала.

Фиксированное положение рабочей точки характеризуется коэффициентом передачи по напряжению:

4

Рис.2 Рис.3

. Исследуемая схема резистивного делителя изображена на рис. 2.

Расчет параметров этой схемы производится графоаналитическим методом. Для этого производится построение ВАХ обоих резисторов.

Построение ВАХ резистора R₂.

ВАХ резистора R₂ строится на основе анализа исходной схемы в предположении, что R₁ =0 (см. рис.3).

В этой схеме

ВАХ R2 соответствует функции I₂=f(U_ВЫХ)= Функция линейна, поэтому графически она будет представлять собой прямую линию. Строим эту функцию по двум точкам. Находим точки прямой, задаваясь значениями U_ВЫХ=U_R2:

Точка ₁ - U_ВЫХ=0, тогда I₂=0.

Точка 2 - U_ВЫХ=Е, тогда I₂=

Н

Рис. 4.

аносим эти точки на график и проводим через них прямую линию (Рис.4).

Построение ВАХ резистора R₁.

ВАХ R1 соответствует функции I₁=f(U_R1)= Так как U₁=E-U_ВЫХ, то функция ВАХ R₁ имеет вид I₁=f(Е-U_ВЫХ)= Эта функция также линейна. Строим эту функцию по двум точкам. Находим точки прямой, задаваясь значениями U_ВЫХ=U_R2:

Точка 1 - U_ВЫХ=0, тогда I₁=

Точка 2 - U_ВЫХ=Е, тогда I₁=

Наносим эти точки на предыдущий график и проводим через них прямую линию. Получаем на пересечении двух графиков рабочую точку РТ (Рис.5).

П

Рис. 5.

о положению РТ на графике определяются значение тока I_РТ=I₁=I₂=I, протекающего через резисторы и значения падений напряжения на резисторах U_R1,U_R2.