электроника практикум. Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики

• Название: Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики
• Анкор: электроника практикум
• Дата: 17.03.2023
• Размер: 3.18 Mb.
• Имя файла: Laboratorny_praktikum_Elektronika.docx
• Тип: Лабораторная работа; #996843
• страница: 1 из 4

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ

Борисов А.В.

Электроника

Лабораторный практикум

Новосибирск

2019

УДК 681.325.5-181.8(07)

Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ

Рецензент: К.т.н., доцент А.А. Ищук,
А.В. Борисов.

Электроника: Лабораторный практикум /Сиб. гос. ун-т телекоммуникаций и информатики. – Новосибирск, 2019. – с. 60.

В практикуме приведены методические указания к лабораторным работам по курсу Электроника. Все лабораторные работы выполняются с помощью автоматизированных измерительных установок LESO3. Исследуются полупроводниковые диоды, биполярные и полевые транзисторы, операционные усилители.

© Борисов А.В., 2019

© Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2019
Содержание
Введение .....................................................................................................................................................................................................3

Лабораторная работа №1.

Знакомство с лабораторным стендом LESO3……………………………….……………………………4

Лабораторная работа №2. Исследование полупроводниковых диодов…………………….………………………………………………………………………………………………………………19

Лабораторная работа №3. Исследование биполярного транзистора………………………………………………………………………………………………………….……….………28

Лабораторная работа №4. Исследования полевого транзистора………………………………………………………………………………………………….………………………35

Лабораторная работа №5. Исследование операционного усилителя …………45

Список литературы …………………………………..………..…………………………………………………………….60

1. Ведение

Лабораторный практикум предназначен для бакалавров различных профилей в области телекоммуникаций, бакалавров 11.03.03(02) «Конструирование и технология электронных средств», профиль – «Информационные технологии проектирования радиоэлектронных средств», а также может быть полезен специалистам, работающим в области инфокоммуникационных технологий.

В практикуме приведены методические указания к выполнению лабораторных работ по основным темам курса «Электроника»: «Полупроводниковые диоды», «Биполярные транзисторы», «Полевые транзисторы», «Операционные усилители». Все лабораторные работы выполняются на автоматизированных измерительных установках LESO3. Установки позволяют проводить измерения характеристик реальных приборов и выводить результаты измерений на экран персонального компьютера в виде графиков, осциллограмм, таблиц. При этом на стенде предварительно студенты собирают схему исследования с помощью проводников и клемм. Используемая технология позволяет автоматизировать процесс исследования приборов и больше времени уделить изучению физических процессов в полупроводниковых приборах.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ЗНАКОМСТВО С ЛАБОРАТОРНЫМ СТЕНДОМ LESO3



Лабораторный стенд по электронике LESO3 предназначен для исследования характеристик и параметров полупроводниковых приборов (диодов, биполярных и полевых транзисторов, операционных усилителей и других приборов).

Стенд представляет собой приставку к персональному компьютеру. Конструктивно он выполнен на одной двухсторонней печатной плате, с одной ее стороны располагается электрическая схема стенда, а с другой — клеммы для сборки схемы исследования полупроводникового прибора. За основу стенда взят микроконвертер ADuC842 фирмы Analog Devices, представляющий однокристальную систему с высокоскоростных ядром, имеющую в своем составе 12-разрядный восьмиканальный АЦП и два ЦАП. АЦП используются в качестве вольтметров и миллиамперметров, а ЦАП выступает как источник регулируемого напряжения. Особые алгоритмы цифровой обработки результатов измерений и схемотехнические решения позволяют повысить точность измерения до 14 эффективных разрядов, причем при сохранении приемлемого быстродействия.

Для подавляющего большинства схем исследования полупроводниковых диодов, биполярных и полевых транзисторов достаточно двух управляемых источников напряжения с диапазоном регулирования ±10В, двух вольтметров, с диапазоном измерения ±10В и двух миллиамперметров, с диапазоном ±10мА. Для измерения обратных токов диодов кроме всего перечисленного необходим микроамперметр. Входной интерфейс измерительной системы выполнен на базе инструментальных усилителей.



Структурная схема лабораторного стенда LESO3

Амперметры выполнены по классической схеме с шунтом. Каждый амперметр имеет переключаемый диапазон измерений, его шунт состоит из двух резисторов RШ1 и RШ2 1 кОм и 10Ом соответственно. Реле, замыкая ключ, уменьшает чувствительность амперметра в 100 раз. Таким образом, имеем два диапазона:

1. 
   ±100мкА, сопротивление шунта 1 кОм;
   
2. 
   ±10мА, сопротивление шунта 10 Ом.
   

Диапазон измерения вольтметров ±10В, входное сопротивление 1МОм. Буферные усилители для ЦАП реализованы на базе операционного усилителя повышенной выходной мощности. Выходное напряжение регулируется в диапазоне от -10В до 10В. Выходной ток искусственно ограничен 20мА. Усилитель имеет защиту от короткого замыкания, предусмотрена индикация режима перегрузки. При этом выходное сопротивление усилителя не превышает 1Ом.

Характеристики приборов стенда



Регулируемые источники питания

• 
  Количество: 2
  
• 
  Диапазон выходных напряжений: ±10В >
  
• 
  Точность установки: 12 разрядов
  
• 
  Низкое выходное сопротивление
  
• 
  Защита от короткого замыкания
  
• 
  Индикация короткого замыкания и перегрузки
  

Вольтметры

• 
  Количество: 2
  
• 
  Диапазон измерений: ±10В
  
• 
  Входное сопротивление: 1МОм
  
• 
  Точность измерения: 14 разрядов
  
• 
  Защита от повышенного напряжения
  

Амперметры

• 
  Количество: 2
  
• 
  Регулируемый диапазон измерений:
  
  • 
    ±10мА, сопротивление шунта 10 Ом
    
  • 
    ±100мкА, сопротивление шунта 1 кОм
    
• 
  Точность измерения: 14 разрядов
  
• 
  Защита от перегрузок
  

Программное обеспечение, выполняемое на компьютере, разработано в среде LabVIEW. Взаимосвязь микропроцессора с компьютером происходит через интерфейс USB.



Выходные характеристики транзистора КП303А



Вольтамперные характеристики диодов Д7Ж и Д226Б

ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ LESO3

Программа LESO3.exe предназначена для работы с лабораторным

стендом LESO3, и представляет собой законченную многофункциональную

программу, способную в полной мере раскрыть потенциал измерительного

устройства.

Окно программы LESO3 (Рисунок 1) содержит три рабочие области:

панель стрелочных индикаторов, графопостроитель, панель регулируемых

источников напряжения.



Рисунок 1 – Окно программы LESO3
В верхней области располагаются стрелочные индикаторы измеряемых

величин – V1, V2, mA1, mA2 – два вольтметра и два миллиамперметра. Эти

индикаторы отображают значения физических величин на входных клеммах

стенда. Под стрелочными индикаторами расположены соответствующие

цифровые дисплеи с точными показаниями измеряемых величин. Для более

наглядного отображения при малых значениях измеряемой величины,

каждый из индикаторов имеет переключатель диапазона измерения

(рисунок 2).

Для вольтметров переключение диапазона означает лишь

масштабирование измеренного напряжения, а для миллиамперметров

переключение диапазонов приводит к переключению измерительного шунта.

В положении переключателя «х 1мА» сопротивление шунта составляет

10 Ом, диапазон измеряемых токов – ±10мА, в положении переключателя

«х 1мкА» сопротивление шунта составляет 1кОм, диапазон измерения –

±100мкА.

Рисунок 2 – Панель стрелочных индикаторов.
Рабочая область в правой части экрана предназначена для построения

графиков характеристик исследуемых полупроводниковых приборов. Панель

имеет две вкладки: График XY и Временные характеристики. Вкладка

График XY (активирована на рисунке 1) предназначена для построения

зависимости одной измеряемой величины от любой другой.

Кнопки интерфейса графопостроителя описаны в таблице 1.




Графопостроитель имеет курсор, который позволяет отмечать точки

графика для точного определения их координат. Значения координат точки

отображаются внизу графика в окошках «X значение» и «Y значение».

Вкладка временные характеристики предназначена для исследования

полупроводниковых приборов в квазистатическом режиме. В этом режиме

пользователю доступны два графопостроителя. Для оси Y каждого из

графопостроителей пользователь может задать соответствие любому

измерительному каналу. По оси X откладывается время. Таким образом, в

реальном масштабе времени строится зависимость напряжения или тока от

времени. Окно программы с активированной панелью временные

характеристики показано на рисунке 3.



Рисунок 3 – Окно программы LESO3. Временные характеристики.
Кнопка

останавливает развертку осциллограммы, запустить

развертку можно повторным нажатием этой кнопки. Назначение остальных

кнопок управления графопостроителей аналогично назначению кнопок

графопостроителя вкладки График XY.

Для возможности сравнения графиков осциллограмм друг с другом,

временные оси графиков синхронизированны, и всякое изменение масштаба

оси Х одного графика приводит к изменению оси Х другого графика.

Каждой вкладке графопостроителя соответствует определенная группа

приборов на панели регулируемых источников (левая рабочая область). Если

активирована вкладка График XY, то на левой панели находятся ручки

регулирования управляемых источников напряжения Е1 и Е2 (рисунок 4).

Диапазон регулировки для каждого источника выбирается с помощью

ползунковых регуляторов, ими устанавливается минимальное и

максимальное значение напряжения. Кнопки – сброс – переводят

соответствующий регулятор в нулевое положение, в этом случае напряжение

на выходе источника становится равным нулю, а курсор графопостроителя

переходит в начало координат графика. Кнопку сброс удобно использовать

при построении на одном графике семейства характеристик исследуемого

полупроводникового прибора, например семейства выходных характеристик

биполярного транзистора.


Рисунок 4 – Панель источников напряжения. График XY.
При переходе на вкладку временные характеристики, источник

напряжения E1 становится генератором гармонического колебания. Ручкой

E1 регулируется амплитуда сигнала, а специальным ползунком

устанавливается его постоянная составляющая. Источник E1 удобно

использовать для задания входного воздействия на исследуемую схему.

Управляемый источник E2 остается без изменений – он управляет

постоянным напряжением, поэтому источником Е2 удобно задавать режим

работы схемы – напряжение питания или смещение рабочей точки.


Рисунок 5 – Панель источников напряжения. Временные характеристики.
Кнопка STOP завершает работу программы. Для повторного запуска

следует нажать кнопку в левом верхнем углу окна программы.
Руководство по подготовке к работе стенда LESO3

1. Подключить устройство к ПК и установить драйвер (подробные

инструкции по установке драйвера находятся в корневой папке drv).

2. Установить LabView RunTime (находится в папке util\LabVIEW 8.5

runtime).

3. Запустить программу LESO3.exe (находится в папке util).

Следите за обновлениями ПО на сайте www.labfor.ru

Задание к работе:

1. 
   Установить значение напряжение источников E1 и E2
   

-10, -5, -1, +1,+3,+7,+10 В. Для каждого значения произвести измерение напряжения на клеммах с помощью цифрового мультиметра.
Результаты записать в таблицу:

Уст. значение Е, В
Изм. значение Е, В
Погрешность Еуст. – Еизм.

2. 
   Собрать схему Рис 4.
   

Рисунок 4. Схема измерения напряжения источников.

Повторить п.1, только напряжения измерять вольтметрами V1 и V2.

3. 
   Собрать схему Рис. 5.
   

Рисунок 5. Схема измерения вольтамперной характеристики резистора.

Установить напряжение источника E1=5 В.

Измерить ток и напряжение на резисторе. По закону Ома определить сопротивление резистора. Определить погрешность измерения сопротивления резистора:
Δ= ((R изм.-Rном.)/R ном.)x 100%
C помощью графопостроителя измерить вольтамперную характеристику (ВАХ) резистора. При этом напряжение источника Е1 изменять в диапазоне от -10 В до +10 В. Скопировать характеристику в отчет. По характеристике определить сопротивление резистора для двух напряжений: 4В и 6В. Для напряжения 5 в. Определить дифференциальное сопротивление:
Rдиф. = ΔU/ ΔI

4. 
   Собрать схему Рис. 6.
   

Рис. 6. Схема измерения вольтамперной характеристики диода.
Измерить ВАХ диода в прямом включении. Напряжения Е1 изменять таким образом, чтобы ток не превышал значение 10 mA. При этом следить за индикатором перегрузки. Скопировать ВАХ в отчет. Для двух точек графика определить сопротивление диода постоянному току и дифференциальное сопротивление.

5. 
   Собрать схему Рис. 5.
   

Перевести графопостроитель в режим временные характеристики.

Установить синусоидальную форму напряжения источника E1 c амплитудой 5В и постоянной составляющей 2 В. Получить на панели графопостроителя осциллограммы напряжения и тока (Рис.7). Установить масштаб графиков таким образом, чтобы они занимали большую часть экрана графопостроителя. Скопировать осциллограмму в отчет. Определить по осциллограмме амплитуды напряжения и тока и их постоянные составляющие. Используя амплитудное значение тока и напряжения рассчитать сопротивление резистора по закону Ома.
Установить нулевую постоянную составляющую Е1, амплитуду 5 В.

Установить форму сигнала треугольную и прямоугольную (Рисунок.8, Рисунок 9). Скопировать полученные осциллограммы в отчет.


Рисунок 7. Осциллограммы синусоидальных напряжения и тока.


Рисунок 8. Прямоугольный сигнал.


Рисунок 9. Треугольный сигнал.
Содержание отчета:

1. 
   Схемы исследования.
   
2. 
   Результаты расчетов.
   
3. 
   Характеристики и осциллограммы
   
4. 
   Выводы по каждому пункту.
   

Вопросы для самопроверки.

1. 
   Для каких целей в стенде LESO3 используется АЦП?
   
2. 
   Как устроены регулируемые источники напряжения?
   
3. 
   Какую форму сигналов могут формировать источники напряжения?
   
4. 
   Как измерить вольтамперную характеристику?
   
5. 
   Как получить осциллограмму напряжений и токов?
   
6. 
   Как определить погрешность результата измерения?
   
7. 
   Какой диапазон измерения напряжения у вольтметров стенда?
   
8. 
   В каких пределах можно регулировать напряжение источников?