Дослідження характеристик нелінійних резистивних елементів

ЗМІСТ

Вступ….………………………………………………………………………..4

Лабораторна робота №1 Дослідження характеристик нелінійних резистивних елементів………………………………………………....5

Лабораторна робота №2 Дослідження нелінійного реактивного елемента. Дослідження нелінійного резонансу..………………..…..12

Лабораторна робота №3 Нелінійне підсилення й множення частоти………………….……………………………………………....19

Лабораторна робота №4 Модуляція ……………………………..…..28

Лабораторна робота №5 Детектування амплітудо-модульованих сигналів………………………………………………………...……….36

Лабораторна робота №6 LC- генератор гармонійних коливань……44

Лабораторна робота №7 Параметричний генератор гармонійних коливань..…………………………………...………………………….54

Лабораторна робота №8 RC- генератор гармонійних коливань……63

Вимоги до звіту……………………………………………….………..68

Список рекомендованої літератури…………………………………..69

Додаток 1 Апроксимація характеристик нелінійних елементів методом найменших квадратів.................................................………70

ВСТУП

Обладнання та програмне забезпечення. Лабораторні роботи проводяться за допомогою програми Electronics Workbench у комп'ютерному класі. Ця програма розроблена у Канаді, де використовують іншу систему стандартизації, ніж в Україні. Тому наведені нижче рисунки не є схемами, а лише наочними ілюстраціями, що допомагають студентові моделювати у середовищі програми Electronics Workbench.

Програма Electronics Workbench призначена для комп'ютерного моделювання роботи електронних схем різних пристроїв. Вона містить великі бібліотеки моделей електронних компонентів, з яких збираються моделі схем (близькі до реальних схем по властивостям), а також моделі віртуальних контрольно-вимірювальних приладів, що дозволяють контролювати робочі процеси в схемах.

Загальні вказівки. Програма Electronics Workbench набула широкого розповсюдження, і тому цей навчальний посібник передбачає, що студент підготовлений до роботи з нею. Якщо підготовка студента недостатня, викладач має допомогти йому опанувати роботу з програмою.

При виконанні лабораторних робіт студент збирає у середовищі програми схему того або іншого пристрою, проводить вимірювання характеристик схеми за допомогою віртуальних контрольно-вимірювальних приладів, креслить графіки, що відображають результати вимірювань. Потім студент повинен провести розрахунки основних характеристик досліджуваних пристроїв на підставі спрощених формул, вивчених у курсі лекцій і наведених у розділах «Короткі теоретичні відомості».

Порівняння результатів моделювання, проведеного на основі досить складних моделей програми Electronics Workbench, і спрощених розрахунків, проведених на основі досить нескладних моделей, вивчених у курсі «Основи теорії кіл. Нелінійні кола» дозволить студенту наочно оцінити значимість отриманих знань. Ця оцінка повинна бути відбита в Звіті. Студент має показати вміння проводити розрахунки нелінійних кіл та пристроїв на їх основі.

Лабораторна робота № 1

Дослідження характеристик нелінійних резистивних елементів

Мета роботи: Дослідити вольтамперні характеристики напівпровідникових діодів і транзисторів за допомогою моделювання в середовищі програми Electronics Workbench. Дослідити вольтамперні характеристики нелінійних елементів (НЕ), з'єднаних послідовно та паралельно.

Контрольні запитання:

1. Що таке нелінійний елемент та нелінійне коло? Що таке статичні та динамічні характеристики НЕ.

2. Який нелінійний елемент називається резистивним? Як класифікуються нелінійні резистивні елементи? Приведіть приклади.

3. Поясніть методику побудови вольтамперних характеристик складених нелінійних елементів.

4. Поясніть фізичні принципи, що визначають вольтамперну характеристику напівпровідникового діода.

5. Поясніть фізичні принципи, що визначають роботу біполярного транзистора.

6. Поясніть фізичні принципи, що визначають роботу польового транзистора.

7. Що таке апроксимація ВАХ нелінійного елемента? Для чого вона використовується?

8. Що таке кусочно-лінійна апроксимація? Коли вона застосовується?

9. Що таке поліноміальна апроксимація? Коли вона застосовується?

10. Що таке експонентна апроксимація? Коли вона застосовується?

Лабораторна робота № 2

Дослідження нелінійного реактивного елемента.

Дослідження нелінійного резонансу

Мета роботи: Дослідити нелінійну вольтфарадну характеристику напівпровідникового діода. Вивчити основні закономірності нелінійного резонансу в контурі з нелінійною ємністю напівпровідникового діода за допомогою моделювання в середовищі програми Electronics Workbench.

Контрольні запитання:

1. Що таке нелінійна ємність? Що таке нелінійний контур? Приведіть приклади.

2. Поясните фізичні принципи появи бар'єрної й дифузійної ємності p-n -переходу.

3. Якими аналітичними залежностями апроксимується вольтфарадна характеристика напівпровідникового діода?

4. Як залежить резонансна частота нелінійного контуру з напівпровідниковим діодом від амплітуди коливань?

5. Намалюйте АЧХ нелінійного резонансу та поясніть причину виникнення стрибків амплітуди при плавній зміні частоти.

6. Намалюйте ФЧХ нелінійного резонансу й поясніть причину виникнення стрибків фази при плавній зміні частоти.

7. Який із двох стійких режимів коливань у гістерезисній області нелінійного резонансу встановлюється при експерименті?

 

Лабораторна робота № 3

Нелінійне підсилення й множення частоти

Мета роботи: Вивчити принципи лінійного й нелінійного підсилення за допомогою біполярного транзистора, дослідити режими роботи підсилювача на біполярному транзисторі за допомогою моделювання в середовищі програми Electronics Workbench.

Контрольні запитання:

1. Що таке кусочно-лінійна апроксимація вольтамперної характеристики нелінійного елемента?

2. У чому сутність методу проекцій?

3. У чому сутність методу кута відсічки?

4. Який гармонічний склад струму через нелінійний елемент, що працює в режимі відсічення струму?

5. Що таке лінійне посилення й у чому його переваги?

6. Що таке нелінійне посилення й у чому його переваги?

7. На яких нелінійних елементах може бути отримане підсилення?

8. Приведіть приклади схем найпростіших транзисторних підсилювачів.

9. Що таке множення частоти і як воно здійснюється?

10. Приведіть приклади схем найпростіших помножувачів частоти.

Лабораторна робота № 4

Модуляція

Мета роботи: Вивчити основні принципи амплітудної й фазової модуляції гармонічного сигналу. Дослідити режими роботи амплітудного модулятора на транзисторі, дослідити режими роботи фазового модулятора на напівпровідниковому діоді за допомогою моделювання в середовищі програми Electronics Workbench.

Контрольні запитання:

1. Що таке амплітудна модуляція? Якими параметрами вона характеризується?

2. Накресліть схему амплітудного модулятора на біполярному транзисторі.

3. Поясніть роботу амплітудного модулятора за допомогою методу проекцій.

4. Що таке статична модуляційна характеристика?

5. Поясніть роботу амплітудного модулятора на основі статичної модуляційної характеристики.

6. Поясніть розрахунок статичної модуляційної характеристики при кусково-лінійної апроксимації ВАХ транзистора.

7. Що таке кутова модуляція? Якими параметрами вона характеризується?

8. Накресліть схему фазового модулятора на резонансному контурі з нелінійною реактивністю.

9. Поясніть роботу фазового модулятора на резонансному контурі з нелінійною реактивністю.

10. Які достоїнства та недоліки фазового модулятора на резонансному контурі з нелінійної реактивністю?

Лабораторна робота № 5

Лабораторна робота № 6

Лабораторна робота № 7

Лабораторна робота № 8

ВИМОГИ ДО ЗВІТУ

При виконанні лабораторних робіт студент зобов'язаний виконати всі завдання, що наведені у тексті Практикума. Результати мають бути представлені у Звіті, що містить копію опису Лабораторної роботи з заповненими таблицями, графіками та осцилограмами, накресленими на міліметровому папері, та лист Висновків.

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. – М.: Солон-Р, 2000. – 506 с.
2. Бабак В.П., Єременко В.С., Куц Ю.В., Мокійчук В.М. Цифрові вимірювальні прилади. Комп’ютерний лабораторний практикум. – К.: Книжкове вид-во НАУ, 2006. – 168 с.
3. П’яних Б.Є., Мельников Є.В., Животовський С.О. Аналіз електричних кіл Розрахунок стаціонарних режимів: Навч. посібник.– К: КМУЦА, 1999. – 184 с.
4. Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей. – М.: Радио и связь, 1982. – 280 с.
5. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники.
6. Лазарев Ю.Ф. MatLAB 5.x. – К.: Издательская группа BHV,2000. – 384 с. (Серия «Библиотека студента»).

 

 

Додаток 1

ЗМІСТ

Вступ….………………………………………………………………………..4

Лабораторна робота №1 Дослідження характеристик нелінійних резистивних елементів………………………………………………....5

Лабораторна робота №2 Дослідження нелінійного реактивного елемента. Дослідження нелінійного резонансу..………………..…..12

Лабораторна робота №3 Нелінійне підсилення й множення частоти………………….……………………………………………....19

Лабораторна робота №4 Модуляція ……………………………..…..28

Лабораторна робота №5 Детектування амплітудо-модульованих сигналів………………………………………………………...……….36

Лабораторна робота №6 LC- генератор гармонійних коливань……44

Лабораторна робота №7 Параметричний генератор гармонійних коливань..…………………………………...………………………….54

Лабораторна робота №8 RC- генератор гармонійних коливань……63

Вимоги до звіту……………………………………………….………..68

Список рекомендованої літератури…………………………………..69

Додаток 1 Апроксимація характеристик нелінійних елементів методом найменших квадратів.................................................………70

ВСТУП

Обладнання та програмне забезпечення. Лабораторні роботи проводяться за допомогою програми Electronics Workbench у комп'ютерному класі. Ця програма розроблена у Канаді, де використовують іншу систему стандартизації, ніж в Україні. Тому наведені нижче рисунки не є схемами, а лише наочними ілюстраціями, що допомагають студентові моделювати у середовищі програми Electronics Workbench.

Програма Electronics Workbench призначена для комп'ютерного моделювання роботи електронних схем різних пристроїв. Вона містить великі бібліотеки моделей електронних компонентів, з яких збираються моделі схем (близькі до реальних схем по властивостям), а також моделі віртуальних контрольно-вимірювальних приладів, що дозволяють контролювати робочі процеси в схемах.

Загальні вказівки. Програма Electronics Workbench набула широкого розповсюдження, і тому цей навчальний посібник передбачає, що студент підготовлений до роботи з нею. Якщо підготовка студента недостатня, викладач має допомогти йому опанувати роботу з програмою.

При виконанні лабораторних робіт студент збирає у середовищі програми схему того або іншого пристрою, проводить вимірювання характеристик схеми за допомогою віртуальних контрольно-вимірювальних приладів, креслить графіки, що відображають результати вимірювань. Потім студент повинен провести розрахунки основних характеристик досліджуваних пристроїв на підставі спрощених формул, вивчених у курсі лекцій і наведених у розділах «Короткі теоретичні відомості».

Порівняння результатів моделювання, проведеного на основі досить складних моделей програми Electronics Workbench, і спрощених розрахунків, проведених на основі досить нескладних моделей, вивчених у курсі «Основи теорії кіл. Нелінійні кола» дозволить студенту наочно оцінити значимість отриманих знань. Ця оцінка повинна бути відбита в Звіті. Студент має показати вміння проводити розрахунки нелінійних кіл та пристроїв на їх основі.

Лабораторна робота № 1

Дослідження характеристик нелінійних резистивних елементів

Мета роботи: Дослідити вольтамперні характеристики напівпровідникових діодів і транзисторів за допомогою моделювання в середовищі програми Electronics Workbench. Дослідити вольтамперні характеристики нелінійних елементів (НЕ), з'єднаних послідовно та паралельно.

Контрольні запитання:

1. Що таке нелінійний елемент та нелінійне коло? Що таке статичні та динамічні характеристики НЕ.

2. Який нелінійний елемент називається резистивним? Як класифікуються нелінійні резистивні елементи? Приведіть приклади.

3. Поясніть методику побудови вольтамперних характеристик складених нелінійних елементів.

4. Поясніть фізичні принципи, що визначають вольтамперну характеристику напівпровідникового діода.

5. Поясніть фізичні принципи, що визначають роботу біполярного транзистора.

6. Поясніть фізичні принципи, що визначають роботу польового транзистора.

7. Що таке апроксимація ВАХ нелінійного елемента? Для чого вона використовується?

8. Що таке кусочно-лінійна апроксимація? Коли вона застосовується?

9. Що таке поліноміальна апроксимація? Коли вона застосовується?

10. Що таке експонентна апроксимація? Коли вона застосовується?