Лайком 8В83

Национальный исследовательский университет ресурсоэффективных
технологий
«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Отчет по лабораторной работе №5
по дисциплине ЭЛЕКТРОНИКА
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ОУ
Выполнил: студент гр. 8в83
Лайком Д.Н.
Проверил: доцент
Заревич А.И.
Томск 2010
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
получить первоначальные навыки выполнения лабораторных работ по
аналоговой электронике в программно-аппаратной среде NI ELVIS.
ЗАДАЧИ РАБОТЫ:
 изучить с целью дальнейшего использования в лабораторном цикле
разделы книги №1 «Введение в NI ELVIS»;
 ознакомиться с инструкцией по охране труда в лабораториях кафедры
КИСМ ЭФФ;
 подготовиться и практически освоить предложенную программу работ
по аналоговой электронике и защитить ее.
ХОД РАБОТЫ:
4.2 Измерение параметров различных электронных компонентов.
R1=2.215 кОм (номинал 2.2 кОм);
R3=19.84 кОм (номинал 20 кОм);
R4=100.1 кОм (номинал 100 кОм);
С1=0.976 nF (номинал 1 микрофарада);
С10=46.546 nF (номинал 47 nF).
Причины несовпадения:
1)Разные методики получения данных;
2)Временной фактор (снижение показателей приборов с течением времени);
3)Округление данных.
2
4.3 Снятие ВАХ двухполюсников:
Current HI
NI
ELVIS
Двухполюсник
Current LO
Рис. 1. Схема эксперимента для снятия ВАХ двухполюсников (резисторов и диодов)
Резистор R1
Рис. 2. ВАХ резистора R1
График в виде прямой, так как прямая зависимость между сопротивлением,
силой тока и напряжением. U=I*R (закон Ома).
3
Кремниевый точечный диод VD1:
0.01
5.5
4.95
910
4.4
810
3.85
710
3.3
610
Òîê
Òîê 2.75
510
3
3
3
3
3
2.2
410
3
1.65
310
3
1.1
210
3
0.55
110
0
0
0.07
0.14
0.21
0.28
0.35
0.42
0.49
0.56
0.63
0.7
3
0
0
0.2
0.4
Íàïðÿæåíèå
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
Íàïðÿæåíèå
а)
б)
Рис. 3. ВАХ диода VD1 (а – прямая ветвь, б – обратная ветвь)
Нелинейный вид ВАХ объясняется свойством полупроводника менять свое
сопротивление при изменении напряжения на нем.
4
Диод Шоттки VD2:
5.5
0.1
4.95
0.09
4.4
0.08
3.85
0.07
3.3
0.06
Òîê 2.75
Òîê 0.05
2.2
0.04
1.65
0.03
1.1
0.02
0.55
0.01
0
0
0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.225 0.25
Íàïðÿæåíèå
а)
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Íàïðÿæåíèå
б)
Рис. 4. ВАХ диода Шоттки VD2 (а – прямая ветвь, б – обратная ветвь)
Особенностью диода Шоттки является то, что он имеет прямое падение
напряжения порядка 0.2—0.4 вольт. Прямая ветвь ВАХ у диодов Шоттки
подчиняется экспоненциальному закону в широком диапазоне токов. При
прямом включении ВАХ диода Шоттки возрастает быстрее, чем у
выпрямительного диода и стабилитрона.
5
Кремниевый стабилитрон VD3:
5.5
0.1
4.95
0.08
4.4
0.06
3.85
0.04
3.3
0.02
Òîê 2.75
Òîê
0
2.2
 0.02
1.65
 0.04
1.1
 0.06
0.55
 0.08
0
0
0.08
0.16
0.24
0.32
0.4
0.48
0.56
0.64
0.72
0.8
 0.1
 5.4  4.86  4.32  3.78  3.24  2.7  2.16  1.62  1.08  0.54
Íàïðÿæåíèå
а)
0
Íàïðÿæåíèå
б)
Рис. 5. ВАХ стабилитрона VD3 (а – прямая ветвь, б – обратная ветвь)
Полученный график совпадает с теоретическим. Стабилитроны - приборы, на
основе p-n-p перехода, предназначенные для стабилизации напряжения.
Стабилитрон – полупроводниковый диод, ВАХ который имеет участок малой
зависимости приложенного напряжения от тока, протекающего через него.
Такой участок лежит на обратной ветви ВАХ и возникает в результате
пробоя диода (лавинного или туннельного).
6
Снятие выходных ВАХ биполярного транзистора VT1:
3WIRE
NI
ELVIS
VT1
Current LO
Рис. 6. Схема эксперимента для снятия выходных ВАХ транзистора
ВАХ транзистора
0.003
Ток (mA)
0.0025
0.002
0.0015
0.001
0.0005
1.99
1.79
1.59
1.39
1.19
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
0
Напряжение (V)
Рис. 7. Выходные ВАХ транзистора
Маломощный биполярный транзистор n-p-n типа по схеме включения с
общим эмиттером. Формула для тока коллектора выглядит следующим
образом: IK = g(UKЭ)/IR = const
7
Снятие входных ВАХ биполярного транзистора VT1:
+5V
Current HI
Current HI
Uкэ=0
NI
ELVIS
Uкэ = +5 V
NI
Current LO
ELVIS
Current LO
GND
а)
б)
Рис. 8. Схемы для снятия входных ВАХ транзистора (а - Uкэ=0V; б - Uкэ=+5V)
Ток (mA)
ВАХ транзистора
12
10
8
6
4
2
0
Напряжение (V)
Рис. 9. Входная ВАХ транзистора, схема а
12
10
8
6
4
2
0
-2
0
0.06
0.12
0.179
0.239
0.299
0.358
0.418
0.478
0.536
0.59
0.647
Ток (mA)
ВАХ транзистора
Напряжение (V)
Рис. 10. Входная ВАХ транзистора, схема б
8
При Uкэ = 0В биполярный транзистор ведет себя как обычный p-n переход
(режим насыщения). Входная ВАХ транзистора при Uкэ=+5 В лежит левее
ветви Uкэ=0 В, что объясняется разными значениями Uкэ. Можно наблюдать
в выходной характеристике при Uкэ=+5 В отрицательные значения тока, но
ими можно пренебречь так, как они слишком малы. Отличие этих ВАХ
состоит в том, что при Uкэ=+5 В ток начинает увеличиваться позже и
быстрее, чем при Uкэ = 0В.
4.4 Исследование резистивного делителя напряжения постоянного тока.
Vвх
+5V
Voltage HI
NI
Voltage LO
ELVIS
GND
DMM
R3
20 k
R4
100 k
Vвых
Рис. 11. Схема исследования резистивного делителя напряжения постоянного тока
Рис. 12. Входное напряжение
Рис. 13. Выходное напряжение
R3=19.8 кОм
R4=100 кОм
Рассчитаем выходное напряжение, приняв входное напряжение равным 5 В:
9
U вых =
U вх  R 4
5 100
=
= 4,168 (В).
R 3  R 4 19,8  100
Как видно, теоретические и практические значения отличаются
незначительно (1 – 2%), что связано с неточностью метода измерения и
температурной поправкой.
4.5 Делитель с изменяющимися значениями выходного напряжения.
Таблица №2
Определение коэффициента передачи делителя.
U вх
U вых
1,953
1,578
3,942
3,186
5,934
4,796
7,921
6,403
9,913
8,013
11,904
9,623
Коэффициент
передачи делителя
0,807988
0,808219
0,808224
0,808358
0,808332
0,808384
Теоретическое значение коэффициента передачи k =
=
R4
=
R3  R4
100
= 0,8335.
19,8  100
//Посчитай средний коэффициент 3 столбец!!!!!!!!!!!!
Таким образом, максимальное отклонение экспериментального значения от
теоретического наблюдается при входном напряжении 1,953 В и составляет
3%. Изменение коэффициента передачи объясняется зависимостью
сопротивлений резисторов от входного напряжения. Резисторы в той или
иной степени обладают также паразитной ёмкостью, паразитной
индуктивностью и нелинейностью вольт-амперной характеристики. Причина
зависимости сопротивлений резисторов от входного напряжения -
10
зависимость концентрации носителей тока и их подвижности от
напряженности электрического поля.
4.6 Делитель с изменяющимися значениями выходного напряжения с
переменными сопротивлениями.
Используя переменное сопротивление R22, возможно управлять
коэффициентом передачи.
Uвх, В
Uвых, В
Коэффициент
передачи
5,105
5,105
1,000
4,938
0,967
4,58
0,897
4,103
0,804
3,823
0,749
3,244
0,635
2,895
0,567
2,586
0,507
11
4.7 Проверка последовательной RC-цепи с помощью функционального
генератора и осциллографа.
Рис. 14. Схема исследования последовательной CR-цепи
1
Частота среза CR-цепи: fcp 
= 1529 ГЦ
6.28  R  C
Рис. 15. Функциональный генератор с выставленной частотой; выходные сигналы
RC-цепи
На графике заметен фазовый сдвиг сигнала А к сигналу В. Это происходит
из-за того, что на конденсаторе происходит накопление заряда, что и
провоцирует сдвиг фазы. При этом падает напряжение на сопротивлении и
уменьшается амплитуда напряжения. Вследствие этих факторов график
построен верно.
12
Разность фаз на каналах А и В между входными сигналами:
Δφ = 2*pi*f*dT
Δφ = 55.01°
Коэффициент передачи К=1,55
Получен допустимый сдвиг фаз.
Частота ниже нормы:
Рис.16. Выставленная частота ниже нормы; выходные сигналы RC-цепи
Сдвиг фаз
Δφ = 2*pi*f*dT
Δφ = 55.01°
Коэффициент передачи К=1,75
Частота ниже нормы:
Рис.16.a. Выставленная частота ниже нормы; выходные сигналы RC-цепи
13
Сдвиг фаз
Δφ = 2*pi*f*dT
Δφ = 79.22°
Коэффициент передачи К=2,12
Частота выше нормы:
Рис. 17. Выставленная частота выше нормы; выходные сигналы RC-цепи
Сдвиг фаз
Δφ = 2*pi*f*dT
Δφ = 27.5°
Коэффициент передачи К=1,4
Частота выше нормы:
Рис. 17.a. Выставленная частота выше нормы; выходные сигналы RC-цепи
14
Сдвиг фаз Δφ = 2*pi*f*dT
Δφ = 28.6°
Коэффициент передачи К=1,32
4.8 АЧХ/ФЧХ RC-цепи
АЧХ
3,981.07
6,309.57
10,000.00
15,848.93
25,118.86
6309.573
10000
15848.932
25118.864
2,511.89
3981.072
-30
1,584.89
-20
1,000.00
630.96
398.11
251.19
-10
158.49
0
100.00
Усиление (дБ
10
Частота (Гц)
2511.886
1584.893
1000
630.957
398.107
251.189
158.489
100
80
60
40
20
0
100
Фазы (град)
ФЧХ
Частота (Гц)
Рис. 18. Графики АЧХ (сверху) и ФЧХ (снизу)
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) или амплитудный отклик – это
зависимость коэффициента усиления схемы, выраженного в децибелах, от
десятичного логарифма частоты.
Фазово-частотная характеристика (ФЧХ) или фазовый отклик – это
зависимость разности фаз между входными и выходными сигналами от
десятичного логарифма частоты.
С увеличением частоты увеличиваются амплитудные значения RC-цепи, а
сдвиг фазы уменьшается. Получено графическое доказание теоретического
содержания п. 4.7.
15
Данная RC схема является фильтром высших частот, т.е. передает без
изменений сигналы высоких частот, а на низких частотах обеспечивает
затухание сигналов и опережение их по фазе относительно входных
сигналов.
//К считается как U вых дел на U вх
//Т.е сиреневую на зеленую . К должен получиться меньше 1
16