Пособие для выполнения лабораторных работ

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Электроника

Пособие для выполнения лабораторных работ

(Micro-Cap Evaluation 9)

Введение.

Данное пособие является методическими указаниями к выполнению лабораторных работ по курсу «Электроника» для студентов специальности 230101 дневной формы обучения. Выполнение работ предлагается провести в среде компьютерного моделирования Micro-Cap Evaluation 9. Данное программное обеспечение может быть получено студентом бесплатно на официальном сайте производителя ПО (http://www.spectrum-soft.com/demodownnew.shtm). Данное приложение под Windows98 и выше представляет собой программу для исследования работы электрических, электронных, логических схем в режиме реального времени. Её аналитических и библиотечных ресурсов вполне достаточно для учебных целей в рамках курса электроники. Студентам, желающим углубить свои знания в области компьютерного анализа электрических цепей, можно посоветовать приложения такие, как ElectronicsWorkbench, APLAC, DesignLab, HyperSignalBlockDesign, PCAD и другие.

Программа Micro-Cap Evaluation 9 обладает достаточно удобным и простым интерфейсом, который легко осваивается пользователями, знакомыми с другими приложениями и с самой оболочкой Windows. Здесь применена технология Drag&Drop ¾ пользователю достаточно раскрыть необходимое меню (щелчком мыши по необходимой кнопке на панели инструментов), нажать левую кнопку мыши на соответствующем элементе и поместить элемент в рабочую область (назначение элементов можно определить по изображению на кнопке или по всплывающей подсказке). Выделив элемент и двойным щелчком левой кнопки мыши, можно получить доступ к физическим свойствам элемента (например, к значению сопротивления резистора). Соединив элементы проводами, и выбрав в меню Analysis тип интересующего анализа, пользователь может прослеживать процессы в собранной цепи в реальном времени (получать значения токов, напряжений, форму самих сигналов и т.п.).

Недостатком данной среды является отсутствие локализованной версии и базы данных по отечественным элементам.

Лабораторная работа №1.

Исследование работы бестрансформаторного однополупериодного выпрямителя.

Рисунок 9 – схема бестрансформаторного однополупериодного выпрямителя

Настройки элементов:

Источник переменного напряжения (Sine Sourse):

· Model = sin;

· A = 31.4;

· F = 50;

· RS = 1m;

Параметры диода (Diode):

· Model = D1N4001 (выбираем из списка);

Параметры сопротивления (Resistor):

· Resistence = 100;

Параметры конденсатора (Capacitor):

· Capacitance = 100u;

Стабилитроны.

2А. Измерение нагрузочной характеристики параметрического стабилизатора.

Соберите схему(Рисунок 11). Значение сопротивления резистора RL, включённого параллельно стабилитрону, устанавливайте равным 50 Ом, 100 Ом, 200 Ом, 500 Ом, 700 Ом. Значение ЭДС установите равным 30В. Рассчитайте ток IL, протекающий через резистор RL, а также напряжение Uст на стабилитроне и ток Iст для каждого значения RL. Этот эксперимент проведите при условии короткого замыкания. Результаты запишите в Таблицу 2А.

RL, Ом	Uст, В	IL, мА	Iст, мА
50
100
200
500
700
к.з.

Таблица 2А.

Рисунок 20 – Эксперимент 2А.

Настройки элементов:

Battery:

· Value = 10V;

Zener Diode:

· Model = 1N4733 (выбираем из списка);

Рисунок 21 – Параметры настройки элементов.

Рисунок 22 – Настройки для вывода графика.

Лабораторная работа №2

Исследование схем на полупроводниковых диодах

Цель работы:

Целью работы является изучение конструкции, принципов действия, классификации полупроводниковых диодов, а также освоение методов моделирования основных типов схем, использующих полупроводниковые диоды, в среде Micro-Cap Evaluation 9.

Содержание работы:

Исследование схем выпрямителей на полупроводниковых дидах.

Инструменты:

Источник переменного напряжения (Component→ Analog Primitives→ Waveform→ Sine Sourse).
Диодный мост (Component→Analog Primitives→Passive Components→D45)
Резисторы (Component→Analog Primitives→Passive Components→Resistor).
Трансформаторы (Component→Analog Primitives→Passive Components→Transformer).

Выпрямители напряжения, построенные с использованием полупроводниковых диодов, можно разделить на однополупериодные, двухполупериодные со средней точкой и двухполупериодные мостовые.

Однополупериодный:

Основные расчётные формулы:

Uср=Uвх* ; Uвх=2,22*Uср; Iср=Uср/Rн; ε = π/2=1,57;

Uобр max= *Uвх= π*Uср; Iд ср=Iср;

Iд max= *Uвх/Rн= π*Iср;

fвых=fвх.

Рисунок 2 – СхЭ (схема электрическая принципиальная)

однополупериодного выпрямителя.

Двухполупериодный со средней точкой:

Рисунок 3 – СхЭ двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.

Основные расчётные формулы:

Uср=U2* =0,9*U2,

где U2 – действующее значение каждой половины вторичной обмотки трансформатора.

U2=1,11*Uср; Iср=Uср/Rн; ε =0,67;

Uобр max= *U2= π*Uср;

Iд ср=1/2*Iср;

Iд max= *U2/Rн=Iср*π/2; fвых=2*fвх.

Самой применяемой схемой является схема мостового двухполупериодного выпрямителя:

Рисунок 4 – СхЭ мостового

двухполупериодного выпрямителя.

Основные расчётные формулы:

Uср=Uвх*2 =0,9*Uвх;

Uвх=1,11*Uср; Iср=Uср/Rн; ε =0,67;

Uобр max= *Uвх= π*Uср/2;

Iд ср=1/2*Iср; fвых=2*fвх.

Iд max= *Uвх/Rн=Iср*π/2;

где:

Uср и Iср – среднее значение напряжения и тока выпрямителя;

Uобр – максимальное значение обратного напряжения на диоде(при воздействии отрицательной полуволны);

ε – коэффициент пульсации выходного напряжения;

Iд ср – среднее значение тока диода;

Iд max – максимальное значение тока диода;

f вх – входная частота;

f вых- выходная частота.

На мостовом двухполупериодном выпрямителе частота выходного сигнала в два раза больше частоты входного сигнала. Кроме того, максимальное обратное напряжение в два раза меньше, чем у однополупериодного и двухполупериодного со средней точкой. Это позволяет диодам работать в более “щадящем” режиме. Поэтому мостовая схема выпрямителя самая распространённая.

По мощности выпрямительные диоды классифицируют на:

Маломощные (Iпр ср max <=0,3А);

Средней мощности (0,3A < Iпр ср max <= 10A);

Большой мощности (I пр ср max >10А).

По частоте выпрямительные диоды классифицируют на:

Низкочастотные (fmax < 1000Гц);

Высокочастотные (fmax > 1000Гц).

Порядок проведения работы:

В процессе выполнения работы необходимо выполнить следующие эксперименты:

1. Исследование двухполупериодного выпрямителя.

Соберите схему (Рисунок 23). Зарисуйте диаграммы входного и выходного напряжений. По диаграмме выходного напряжения определите период. Вычислите значение максимального обратного напряжения Umax на диоде и среднее значение выходного напряжения <Ud>.

Рисунок 23 – Эксперимент со схемой двухполупериодного выпрямителя.

Настройки элементов:

Transformer:

· Value = 0.01,0.0005,1;

Diode:

· Model = D1N4001 (выбираем из списка);

Рисунок 24 – Параметры настройки элементов.

Рисунок 25 – Настройки для вывода графика.

Путем добавления фильтра добейтесь наилучшего сглаживания.

Рисунок 26 – Двухполупериодный выпрямитель с фильтром.

2. Исследование мостового выпрямителя.

Соберите схему (Рисунок 22). Выполните пункт 3А, только для мостового выпрямителя. Дополнительно вычислите коэффициент трансформации (отношение амплитуд напряжений на первичной и вторичной обмотке трансформатора в режиме, близком к холостому ходу).

Рисунок 27 – Исследование мостового выпрямителя

111
Лабораторная работа №3.

Исследование схем на биполярных транзисторах

Цель работы:

Целью работы является изучение конструкции, принципов действия и классификации широко используемых в электронике биполярных транзисторов, а также освоение методов моделирования основных типов схем, использующих полупроводниковые транзисторы, в среде Micro-Cap Evaluation 9.

Содержание работы:

1. Исследование параметров и характеристик транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером (с ОЭ).

2. Снятие входных и выходных ВАХ транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером (с ОЭ).

3. Снятие входных и выходных сигналов транзисторного каскада, включённого по схеме с общей базой (с ОБ).

Инструменты:

Для проведения работы требуются следующие компоненты:

· Биполярные транзисторы 2N1132 (панель Component→Analog Primitives→Active Components).

· Функциональный генератор (Analog Primitives→Waveform→Voltage Sourse).

· Источники постоянного (переменного) напряжения (Component→ Analog Primitives→ Waveform→ Sine Sourse).

· Резисторы (Component→Analog Primitives→Passive Components→Resistor).

· Конденсаторы (Component→Analog Primitives→Passive Components→Capacitor).

Порядок проведения работы:

В процессе выполнения работы необходимо выполнить следующие эксперименты:

1А. Расчёт характеристик биполярного транзистора.

В схеме(Рисунок 11) провести измерения тока коллектора Iк для каждого значения Eк и Еб и заполнить Таблицу 1А. По данным таблицы построить график зависимости Iк от Eк. Построить нагрузочную прямую оп постоянному току на выходной характеристике транзистора. По графику определить рабочую точку и записать её значение.

		Ек, В
Еб, В	Iб, мкА	0.1	0.5	1	5	10
1.5
2.5
3.5
4.5
5.7

Таблица 1А.

Рисунок 11 – Эксперимент 1А.

Настройки элементов:

NPN Transistor:

· Model = 2N1132 (выбираем из списка);

Voltage Source:

· Value = 10;

Curent Source:

· Value = 1mA;

Параметры используемых элементов:

Параметры настройки графиков:

1Б. Определение коэффициента усиления транзистора, включённого по схеме с ОЭ.

Соберите схему( Рисунок 12). Зарисуйте полученную осциллограмму и по ней определите коэффициент усиления каскада по напряжению.

Данные функционального генератора для схемы на Рисунке 12:

- частота 25кГц

- напряжение 10мВ.

Рисунок 12 – Эксперимент 1Б.

Настройки элементов:

NPN Transistor:

· Model = 2N1132 (выбираем из списка);

Sine Source:

· Model = 50Hz (выбираем из списка);

Battery:

· Value = 4;

Параметры используемых элементов:

Параметры настройки графиков:

1В. Определение коэффициента усиления транзистора, включенного по схеме с ОБ.

Соберите схему (Рисунок 13). Зарисуйте осциллограмму и определите по ней коэффициент усиления каскада.

Данные функционального генератора для схемы на Рисунке 13:

- частота 10кГц

- напряжение 10мВ. ()

Рисунок 13 – Эксперимент 1В.

Настройки элементов:

NPN Transistor:

· Model = 2N910 (выбираем из списка);

Параметры используемых элементов:

Параметры настройки графиков:

Лабораторная работа №4

Исследование схем на полевых транзисторах.

Цель работы:

Целью работы является изучение конструкции, принципов действия и классификации широко используемых в электронике полевых транзисторов, а также освоение методов моделирования основных типов схем, использующих полупроводниковые транзисторы, в среде Micro-Cap Evaluation 9.

Содержание работы:

1. Расчет усилительного каскада на полевом транзисторе, включенного по схеме с общим истоком (с ОИ).

2. Снятие входных и выходных ВАХ транзистора, включённого по схеме с общим истоком (с ОИ).

Инструменты:

Для проведения работы требуются следующие компоненты:

· Полевой транзистор 2N3972(Component→Analog Primitives→Active Components).

· Функциональный генератор (Analog Primitives→Waveform→Voltage Sourse).

· Источники постоянного (переменного) напряжения (Component→ Analog Primitives→ Waveform→ Sine Sourse).

· Резисторы (Component→Analog Primitives→Passive Components→Resistor).

· Конденсаторы (Component→Analog Primitives→Passive Components→Capacitor).

Определение коэффициента усиления транзистора, включенного по схеме с общим истоком.

Соберите схему (Рисунок 14). Зарисуйте осциллограмму и определите по ней коэффициент усиления каскада.

Данные функционального генератора для схемы на Рисунке 14:

- частота 1кГц

- напряжение 20мВ.

Рисунок 14 – Эксперимент 2А.

Настройки элементов:

NJFET:

· Model = 2N3972 (выбираем из списка);

Параметры используемых элементов:

Параметры настройки графиков:

Лабораторная работа №5

«Исследование базовых логических схем ТТЛ и ЭСЛ логики.»

Цель работы:

Целью работы является освоение студентами методов моделирования основных типов базовых логических схем ТТЛ логики и МОП-, КМОП-транзисторах, в среде Micro-Cap Evaluation 9, а также расчетов этих схем.

Содержание работы:

1. Расчет и исследование основных параметров базовых логических элементов ТТЛ и ЭСЛ логики.

2. Исследование схемы ТТЛ логики.

3. Исследование схем на МОП-, КМОП-транзисторах.

Инструменты:

Для исследования логических схем понадобятся следующие элементы и приборы:

· Вольтметры;

· Амперметры;

· Источники постоянной ЭДС;

· Биполярные транзисторы ВС107ВР;

· Резисторы;

· Диоды 1N4001.

Теоретические сведения:

Базовый элемент ТТЛ логики.

Рисунок 3 – ТТЛ схема.

1. Соберите схему рис.3.

2. Включите схему, измерьте входной и выходной токи при подаче на вход сигнала низкого уровня, запишите полученные значения.

3. Рассчитайте с помощью формулы (1,1) входной ток при подаче на вход сигнала низкого уровня, запишите полученные значения.

4. Измерьте входной и выходной токи при подаче на вход сигнала высокого уровня, запишите полученные значения.

5. Рассчитайте с помощью формулы (1,2) входной ток при подаче на вход сигнала низкого уровня, запишите полученные значения.

6. Измерьте токи, протекающие по первому и второму резисторам, при подаче на вход высокого уровня сигнала, запишите полученные значения.

7. Рассчитайте с помощью формулы (1,3) значение мощности при подаче на вход высокого уровня сигнала, запишите полученные значения.

8. Рассчитайте с помощью формулы (1,4) значение мощности при подаче на вход низкого уровня сигнала, запишите полученные значения.

9. Рассчитайте с помощью формулы (1,5) значение средней мощности, запишите полученные значения.

Результаты выполнения:

Измерения:

Входной ток при подаче сигнала низкого уровня - I⁰_вх.

Входной ток при подаче сигнала высокого уровня – I¹_вх.

Выходной ток при подаче сигнала низкого уровня - I⁰_вых .

Выходной ток при подаче сигнала высокого уровня – I¹_вых.

Ток, протекающий по первому резистору – I_R₁.

Ток, протекающий по второму резистору - I_R₂.

Расчеты:

Литература.

1. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника. Ростов-на Дону, Феникс, 2000.

2. Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций., С.-Перербург, “Корона принт” 1998.

3. Перельман Б.Л. Справочник по полупроводниковым приборам, М. Микротех. 1996

4. Шихин А.Я. Электротехника, М., Высшая школа, 2001

5. Завадский В.А., Компьютерная электроника, ТОО ВЕК, Киев 1996.

6. Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника, Горячая линия- Телеком, М. 1999.

7. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC (Electronic Workbench) М., Солон Р, 2000

8. Резников Б.Л., Виртуальное исследование полупроводниковых приборов и аналоговых схем на IBM PC, МГТУ ГА, М. 2001.

9. Резников Б.Л., Зотов А.Б., Компьютерное моделирование устройств электроники, М., МГТУ ГА, 2001.

10. Резников Б.Л., Журавлев А.А., Пособие к выполнению лабораторной работы №4. М., МГТУ ГА, 2002г.

Приложение А

Масштабные коэффициенты, применяемые в системе Micro-Cap Evaluation 9.

Суффикс	Масштабный коэффициент	Наименование
f		Фито
p		Пико
n		Нано
u		Микро
m		Мили
k		Кило
Meg		Мега
g		Гига
t		Тера

Электроника

Пособие для выполнения лабораторных работ

(Micro-Cap Evaluation 9)

Введение.

Лабораторная работа №1.

Дата: 2019-03-05, просмотров: 311.

12 3 4 Следующая ⇒