Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДИОДА И СТАБИЛИТРОНА
Цель работы: изучить принцип действия и основные характеристики полупроводниковых приборов: диода и стабилитрона.
Эксперимент 1: Снятие вольтамперной характеристики диода.
Для снятия прямой ветви ВАХ переключатель устанавливаем в право.
Последовательно устанавливая значение ЭДС источника GB 2 от 6 до 0 В, записываем значения напряжения U при тока I прдиода в таблицу 1.1. На указанном диапазоне берем не менее 15-20 точек.
Таблица 1.1 – Прямая ветвь ВАХ диода
| Е, В | U пр, В | I пр, А |
| 0,5 | 0,413 | 0,093 |
| 0,7 | 0,464 | 0,251 |
| 0,9 | 0,492 | 0,434 |
| 1,1 | 0,511 | 0,626 |
| 1,3 | 0,525 | 0,824 |
| 1,5 | 0,537 | 1,025 |
| 1,9 | 0,554 | 1,432 |
| 2,1 | 0,561 | 1,637 |
| 3,3 | 0,590 | 2,883 |
| 4,3 | 0,606 | 3,929 |
| 4,7 | 0,612 | 4,349 |
| 4,9 | 0,614 | 4,559 |
| 5,3 | 0,619 | 4,980 |
| 5,5 | 0,621 | 5,191 |
| 6,0 | 0,626 | 5,717 |
Для снятия обратной ветви ВАХ переключатель устанавливаем в лево. Последовательно устанавливая значение ЭДС источника GB 2 от 0 до 20В, записываем значения напряжения U оби тока I обдиода в таблицу 1.2.
Таблица 1.2 – Обратная ветвь ВАХ диода
| Е, В | U об, В | I об, А |
| 0,5 | 0,500 | 0,111 |
| 1,5 | 1,500 | 0,222 |
| 2,5 | 2,500 | 0,444 |
| 3,5 | 3,500 | 0,444 |
| 4,5 | 4,499 | 0,888 |
| 5,5 | 5,499 | 0,888 |
| 6,5 | 6,499 | 0,888 |
| 7,5 | 7,499 | 0,888 |
| 8,5 | 8,499 | 1,776 |
| 9,5 | 9,499 | 0,000 |
| 10,5 | 10,499 | 0,000 |
| 11,5 | 11,499 | 1,776 |
| 12,5 | 12,499 | 1,776 |
| 13,5 | 13,499 | 1,776 |
| 14,5 | 14,498 | 1,776 |
| 15,5 | 15,498 | 1,776 |
| 16,5 | 16,499 | 3,553 |
| 17,5 | 17,498 | 0,000 |
| 18,5 | 18,498 | 3,553 |
| 19,5 | 19,498 | 3,553 |
По полученным данным построим графики I пр= f (U пр) и I об= f (U об).
Эксперимент 2: Получение вольтамперной характеристики диода на экране осциллографа.
Создаем схему. Включаем схему. На ВАХ, появившейся на экране осциллографа, по горизонтальной оси считывается напряжение на диоде в милливольтах (канал А), а по вертикальной – ток в миллиамперах (канал В, 1 мВ соответствует 1 мА). Изгиб ВАХ (линия получается множественной, вследствие переходных процессов, происходящих в полупроводниковом приборе в момент включения; при установившемся режиме останется одна линия).
Эксперимент 3: Измерение напряжения и вычисление тока через стабилитрон.
Создаем схему. Конкретное значение сопротивления R 1 230 Om. Измерьте значение U ст на стабилитроне при значениях ЭДС источника от 0 до 35 В (в диапазоне 4-6 В) Результаты измерений заносим в таблицу.
Таблица 1.3 – Данные для построения ВАХ стабилитрона
| Е, В | U ст, В | I ст, А | |
| 5,065 | 0,013 | ||
| 5,087 | 0,030 | ||
| 5,099 | 0,047 | ||
| 5,107 | 0,065 | ||
| 5,113 | 0,082 | ||
| 5,118 | 0,099 | ||
| 5,122 | 0,117 | ||
| 5,125 | 0,130 | ||
Вычисляем ток I ст стабилитрона для каждого значения напряжения U ст по формуле
Результаты вычислений заносим в таблицу, в столбец I ст. По данным таблицы строим ВАХ стабилитрона и оцениваем по ней напряжение стабилизации. Оно определяется точкой на вольтамперной характеристике, в которой ток стабилитрона резко увеличивается.
Эксперимент 4: Получение вольтамперной характеристики стабилитрона на экране осциллографа.
Создаем схему. Включаем схему. Чертим полученную ВАХ и определяем по ней напряжение стабилизации.
Лабораторная работа № 2
ИЗУЧЕНИЕ КЛЮЧЕВЫХ СХЕМ НА ТРАНЗИСТОРАХ
Цель работы: В программной среде EWB составить схемы ключей на биполярных транзисторах. Используя возможности среды, исследовать их статические и динамические параметры.
Рабочее задание по маломощным ключевым схемам:
1. Собираем схему простого ключа на биполярном транзисторе типа 2N2218. В этой схеме транзистор VT работает в ключевом режиме – под действием импульсного управляющего сигнала переключается из режима отсечки в режим насыщения, коммутируя тем самым ток в выходной коллекторной цепи. В качестве источника входных управляющих сигналов использован библиотечный генератор прямоугольных импульсов (ЕБ) со следующими установками – частота следования импульсов 50 кГц, скважность 50%, амплитуда 1В, сдвиг уровня 0.5В. С помощью двулучевого осциллографа убедиться в работоспособности ключа и определить статические и динамические параметры. К статическим параметрам относятся высокие низкие уровни входного и выходного напряжений ключа U1вх, U0вх, U1вых, U0вых.
К динамическим – времена переключений ключа из замкнутого состояния в разомкнутое и обратно.
Рис.1 Простой ключ на биполярном транзисторе
На рис.2 приведены временные диаграммы входного и выходного напряжений ключа, полученные с помощью виртуального двулучевого осциллографа. Видно, что в рассматриваемом случае U1вх=1,5 В; U0вх= -0,5 В;
U1вых= 5 В; U0вых= 40 мВ. Далее с помощью осциллографа определялись
примерные временные интервалы процессов открывания и закрывания ключа для последующего точного временного анализа с использованием в главном меню пункта «Analysis» и подпункта «Transient». Как видно из рис.2 процесс открывания ключа, вызываемый положительным перепадом входного сигнала, можно подробно исследовать на временном интервале (19.9-20.7)мкс, а процесс закрывания ключа, вызываемый отрицательным перепадом входного сигнала, - на интервале (9.7-11.3)мкс. Подпункт «Transient» позволяет получить переходные процессы работы ключа на выбранных временных интервалах.
Лабораторная работа №3
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИГГЕРОВ
Цель работы: изучить структуру триггеров различных типов и алгоритмы их работы.
Триггер - электронная схема с двумя устойчивыми состояниями.
Различают триггеры асинхронные и синхронные. В асинхронных триггерах изменение состояний информационных входов может в тот же момент вызвать изменение состояния триггера. В синхронных триггерах изменение состояния триггера под действием информационных сигналов может происходить только в момент действия синхросигнала, его активной части.
Задание:
1. Асинхронный RS-триггер:
Собираем схему, заполняем таблицу состояний, отображаем временную диаграмму.
| Sn | Rn | Qn+1 |
2. D-триггер:
Собираем схему, заполняем таблицу состояний, отображаем временную диаграмму.
| С | D | Qn | Qn+1 |
3. JK – триггер:
Собираем схему, заполняем таблицу состояний, отображаем временную диаграмму. (Количество выводов логического элемента меняется в его свойствах).
| T | J | K | Qn | Qn+1 |
4. Т-триггер:
Соберите схему, заполните таблицу состояний, зарисуйте временную диаграмму.
| С | T | Qn | Qn+1 |
Лабораторная работа № 4
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫСЧЕТЧИКОВ
Задание на выполнение лабораторной работы
Составить схему асинхронного суммирующего счётчика на D-триггерах.
Инверсный выход триггера подсоединить к входу С последующего триггера.
Пятивольтовый источник напряжения подсоединяется через переключатель к входу D1 триггера младшего (левого) разряда счетчика.
Для настройки управлением переключателя необходимо назначить клавишу для переключения данного переключателя. Для этого нужно двойным щелчком мыши кликнуть на изображении переключателя и меню настройки в форме KEY указать эту клавишу.
Инверсный выход триггера подключить к D-входу триггера,
чтобы обеспечить работу в счётном режиме. Такое соединение провести на всех триггерах всех разрядов.
К прямым и инверсным выходам подключить светоиндикатор.
К прямым выходам разрядов подключить семисегментный
индикатор с дешифратором.
Счетный сигнал подать на вход С первого триггера.
Двоичные суммирующий асинхронные счётчики
Для того чтобы разобраться, как работает схема двоичного счётчика, воспользуемся временными диаграммами сигналов на входе и выходах этой схемы.
Пусть первоначальное состояние всех триггеров счётчика будет нулевым. Это состояние мы видим на временных диаграммах. Запишем его в таблицу. После поступления на вход счётчика тактового импульса (который воспринимается по заднему фронту) первый триггер изменяет своё состояние на противоположное, то есть единицу.
Запишем новое состояние выходов счётчика в ту же самую таблицу. Так как по приходу первого импульса изменилось состояние первого триггера, то этот триггер содержит младший разряд двоичного числа (единицы). В таблице поместим его значение на самом правом месте, как это принято при записи любых многоразрядных чисел. Здесь мы впервые сталкиваемся с противоречием правил записи чисел и правил распространения сигналов на принципиальных схемах.
Подадим на вход счётчика ещё один тактовый импульс. Значение первого триггера снова изменится на прямо противоположное. На этот раз на выходе первого триггера, а значит и на входе второго триггера сформируется задний фронт. Это означает, что второй триггер тоже изменит своё состояние на противоположное. Это отчётливо видно на временных диаграммах, приведённых на рисунке. Запишем новое состояние выходов счётчика в таблицу. В этой строке таблицы образовалось двоичное число 2. Оно совпадает с номером входного импульса.
Продолжая анализировать временную диаграмму, можно определить, что на выходах приведённой схемы счётчика последовательно появляются цифры от 0 до 15. Эти цифры записаны в двоичном виде. При поступлении на счётный вход счётчика очередного импульса, содержимое его триггеров увеличивается на 1. Поэтому такие счётчики получили название суммирующих двоичных счётчиков.
| Номер входного импульса | Q3 | Q2 | Q1 | Q0 |