Грицина 1лаб(word07)

Федеральное агентство по образованию
Томский политехнический национальный исследовательский университет
ресурсоэффективных технологий
Кафедра КИСМ
Отчёт по лабораторной работе №1
Ознакомление с работой в программно-аппаратной среде NI ELVIS
Выполнил студент группы 8В83:
Грицина М.А.
Проверил Аспирант:
Заревич А.И.
Томск 2010
Цель работы:
Получить первоначальные навыки выполнения лабораторных работ по аналоговой
электронике в программно-аппаратной среде NI ELVIS.
Задачи работы:
1. Изучить с целью дальнейшего использования в лабораторном цикле разделы книги
№1 «введение в NI ELVIS”.
2. Ознакомиться с инструкцией по охране труда в лабораториях кафедры КИСМ
ЭФФ.
3. Подготовиться и практически освоить предложенную программу работ по
аналоговой электронике и защитить её.
Ход работы:
1. Выполняем с помощью DMM значения различных параметров электронных
компонентов:
1.1. Резистор R1 с номинальным сопротивлением 2.2 кОм
рис. 1 Резистор R1
С помощью DMM установлено, что действительное сопротивление резистора R1 2.203
кОм.
1.2. резистор R2 с номинальным сопротивлением 47Ом
рис. 2 Резистор R2
С помощью DMM установлено, что действительное сопротивление резистора R2 0.048
кОм.
1.3. резистор R15 имеет номинальное сопротивление 10 кОм
рис. 3 Резистор R15
С помощью DMM установлено, что действительное сопротивление резистора R2 10.17
кОм.
1.4 конденсатор С11 с номинальной емкостью 40 нФ
рис. 4 Конденсатор C11
при измерении получена емкость 38.795 нФ
1.5 конденсатор С3 с номинальной емкостью 1 мкФ
рис. 5 Конденсатор C3
измеренная емкость составляет 0,996 нФ. Измеренные значения отличаются от
номинальных. Это объясняется тем, что невозможно изготовить элемент, который бы
абсолютно соответствовал номиналу. Так же нужно учесть, что у проводников имеется
сопротивление, емкость, и погрешность средств измерения.
2. Освойте процесс получения вольтамперных характеристик (ВАХ) двухполюсников и
четырехполюсников:
2.1 на рисунке 6 изображена вольтамперная характеристика резистора R1:
Рис. 6 ВАХ резистора R1
ВАХ резистора имеет форму прямой линии, проходящей через начало координат.
2.2 вольтамперная характеристика кремниевого точечного диода VD1 KD522 (рисунок 7)
Рис. 7а ВАХ кремниевого точечного диода VD1 KD522
Рис. 7б ВАХ кремниевого точечного диода
Как видно из графика, напряжение потенциального барьера составляет 0.395-0.437В. при
напряжении больше 0.437В наблюдается экспоненциальный рост тока. При напряжении
порядка 0.7В должен был произойти пробой диода. При напряжение выше напряжения
пробоя, происходит сгорание диода.
2.3 вольтамперная характеристика диода Шоттки VD21N5817
Рис. 8а ВАХ диода Шоттки VD2 1N5817
Рис. 8б ВАХ диода Шоттки VD2 1N5817
Рис. 8в ВАХ диода Шоттки VD2 1N5817
Рис. 8г ВАХ диода Шоттки VD2 1N5817
Вместо p-n перехода используется барьер Шоттки. Здесь прямое падение напряжения
составляет всего ~ 0.118 В, в отличии от обычного диода с 0.4-0.6В. Из за меньшей
ёмкости, барьер Шоттки может работать на более высокой частоте.
2.4 на рисунке 9 изображена вольтамперная характеристика кремниевого стабилитрона
VD3 KC156
Рис. 9а BAX кремниевого стабилитрона VD3 KC156
Рис. 9б BAX кремниевого стабилитрона VD3 KC156
Рис. 9в BAX кремниевого стабилитрона VD3 KC156
Рис. 9г BAX кремниевого стабилитрона VD3 KC156
Рабочая область стабилитрона – область пробоя перехода, т.е. часть графика с
напряжением -3.7 -0.8В т.е. ниже напряжения пробоя. Особенностью стабилитрона
является низкое напряжение пробоя, так же стабилитрон может поддерживать это
напряжение при больших изменениях тока.
2.5 Вольтамперная характеристика биполярного транзистора VT1 изображена на
рисунке10.
Рис. 10а ВАХ биполярного транзистора
Рис. 10б ВАХ биполярного транзистора
Схема включения:
Снята выходная характеристика с биполярного транзистора n-p-n типа
электропроводности. Получены 3 кривых, характеризующих зависимость тока эмиттера
от напряжения база-эмиттер, при токе коллектора 15,30,45 мА соответственно.
3WIRE
NI
ELVIS
Рис.
VT1
Current LO
11
Схема
включение
VT1
2.6 вольтамперная характеристика эмиттерного перехода при соединенных коллекторе и
эмиттере.
Рис. 12а ВАХ эмиттерного перехода при соединенных коллекторе и эмиттере
Рис.12б ВАХ эмиттерого перехода при соединенных коллекторе и эмиттере
Схема включения:
Замыкаем коллектор и эмиттер, в результате напряжение коллектор-эмиттер равно 0.
фактически, при таком подключении транзистор ведет себя как обычный диод, к
которому приложено обратное напряжение. На рисунке 12 можно увидеть эмиттерный
переход.
Current HI
Uкэ=0
NI
ELVIS
Current LO
Рис. 13 Схема включения
2.7 вольтамперная характеристика эмиттерного перехода при напряжении коллекторэмиттер
5В.
Рис.13а ВАХ эмиттерого перехода
Рис.13б ВАХ эмиттерого перехода
схема включения:
+5V
Current HI
NI
Current LO
ELVIS
Uкэ = +5 V
GND
рис.14 Схема включения
При таком подключении снимается характеристика одного p-n перехода, т.е. диода.
3. Создайте и исследуйте схему делителя напряжения постоянного тока:
3.1 схема для резисторов R3 и R4.
Vвх
+5V
Voltage HI
NI
Voltage LO
ELVIS
GND
DMM
R3
20 k
R4
100 k
Vвых
Рис .15 Схема делителя
На рисунке 16 изображено измеренное значение входного напряжения:
Рис.16 Значение входного напряжения
Как видно, входное напряжение незначительно отличается от номинального.
Напряжение на резисторе R4:
Рис. 17 Напряжение на R4
Теоретически, напряжение на резисторе R4 должно быть равно (k =
R4
) 0.83 от
R3  R4
номинального, но из-за отличий сопротивлений резисторов от их номинальных значений,
мы имеем незначительные расхождения с теорией.
Т.е. теоретический коэффициент передачи К=0.83, полученный на основе измерений
К=0.807
4. Создайте и исследуйте схему делителя с изменяющимися значениями выходного
напряжения, используя Variable Power Supply.
Собрана схема, изображенная на рисунке 15, но вместо постоянного напряжения 5В
использовал Variable Power Supply, изменяя значения напряжения в диапазоне 0-12В
Получены следующие результаты:
Рис.18-20 Пример Измерений
Uв,B
UR4,В К
0
0,230 0
2
2,327 0,859
4
4,421 0,904
6
6,520 0,920
8
8,620 0,928
10
10,814 0,925
12
12,915 0,929
среднее
0,911
У нас коэффициент передачи значительно отличается от теоретического.
5. Создайте и исследуйте схему делителя с изменяющимися значениями выходного
напряжения, используя переменное сопротивление R22.
Собрана схема из пункта 3, заменив резисторы R3 и R4 резисторами R22 и R23. Затем
изменяем значения потенциометра R22 в результате получись следующие данные:
Uв,B
UR23,В К
5.128 2,674 0,521
5.128 3.025 0,590
5.128 3.542 0,691
5.128 4.273 0,833
5.128 4.752 0,927
5.128 5.117 0,998
Т.е. коэффициент передачи зависит от сопротивлений резисторов делителя.
6. Проверка последовательной RC-цепи с помощью функционального генератора и
осциллографа.
Собераю схему, изображенную на рисунке 21:
Рис.21 Схема последовательной RC-цепи
Подаем на вход сигнал синусоидальной формы. На рисунке 22 показан экран генератора
сигнала.
Рис. 22 Экран генератора
Частоту колебаний установим равной частоте среза цепи f=1.538кГц
Тогда
на
выходе
получаю
Рис. 23Колебания на выходе
Коэффициент передачи.
|U вх |=1,892/2 = 0,946 В;
|U вых |= 1,180/2 = 0,59 В.
|k| = 0,624
колебания:
В результате получил: амплитуда входного напряжения 646 мВ, выходного 414 мВ, при
этом разность фаз составляет  =2*3.14*0,000086*1538=0.831rad = 47.64 о
При уменьшении частоты до 500Гц получаем колебания, показанные на рисунке 24.
Рис. 24 Колебания на выходе при 500Гц
|k| = 0,127
При почти такой же амплитуде входного напряжения (637 мВ) амплитуда выходного
снизилась до 172 мВ, разность фаз увеличилась до  =2*3.14*0,000350*500=1.099rad =
63о.
При уменьшении частоты до 1000Гц получаем колебания, показанные на рисунке 25.
Рис. 25 Колебания на выходе при 1000Гц
|k| = 0,457
При почти такой же амплитуде входного напряжения (646 мВ) амплитуда выходного
снизилась до 313 мВ, разность фаз увеличилась до  =2*3.14*0,000168*1000=1.056rad =
60,48о.
При увеличении частоты до 2000Гц получаем колебания, показанные на рисунке 26.
Рис. 26 Колебания на выходе при 2000Гц
|k| = 0,700
При почти такой же амплитуде входного напряжения (635 мВ) амплитуда выходного
повысилась до 465 мВ, разность фаз составляет  =2*3.14*0,000052*2000=0.653rad =
37,44о
При увеличении частоты до 2500Гц получаем колебания, показанные на рисунке 27.
Рис. 27 Колебания на выходе при 2500Гц
|k| = 0,775
При почти такой же амплитуде входного напряжения (635 мВ) амплитуда выходного
повысилась до 505 мВ, разность фаз составляет  =2*3.14*0,000040*2500=0.628rad =
36о
7.Амплитудночастотные и фазочастотные характеристики цепи.
Проанализировав цепь с помощью Анализатора Боде и получаем следующие
зависимости (рисунок 28).
Рис. 28а График АЧХ и ФЧК
5
1
15 00
8,
48
25 9
1,
18
39 9
8,
10
63 7
0,
95
7
10
15 00
84
,8
25 93
11
,8
39 86
81
,0
63 72
09
,5
73
10
0
15 00
84
8
25 ,93
11
8,
86
Амплитуда (Дб)
0
-5
-10
АЧХ цепи
-15
-20
-25
-30
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
ФЧХ цепи
1
15 00
8,
48
25 9
1,
18
39 9
8,
1
63 07
0,
95
7
10
15 00
84
,8
25 93
11
,8
39 86
81
,0
63 72
09
,5
73
10
0
15 00
84
8
25 ,93
11
8,
86
Фаза (Градус)
Частота (Гц)
Частота (Гц)
Рис. 28б График АЧХ и ФЧК
Отсюда видно, что при увеличении частоты разность фаз стремится к 0. Из-за этого,
амплитуда выходной характеристики стремится к амплитуде входной.
Вывод: В результате проделанной работы я научился пользовать многими
инструментами NI ELVIS, измерил значения сопротивлений резисторов, измерил
ёмкости конденсаторов, измерил ВАХ двухполюсников и четырёхполюсников, а также
построил их графики. Создал и исследовал схему делителя напряжения постоянного тока
с постоянным, а затем и изменяющемся значениями выходного напряжения. Проверил
последовательность RC-цепи с помощью функционального генератора и осциллографа.
Измерил АЧХ/ФЧХ RC-цепи и построил графики характеристик. Коэффициент передачи