Электроника 2014

1
ВВОДНОЕ ЗАНЯТИЕ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
I. Виды воздействия тока на организм человека
a. термическое действие тока – проявляется в ожогах участков кожи;
b. механическое действие тока – разрыв мышечной ткани;
c. электролитическое действие тока – проявляется в разложении
органической жидкости;
d. биологическое действие тока – проявляется в раздражении и
возбуждении живых тканей организма и нарушении внутренних
биологических процессов.
II. Виды электрических травм
Электрические травмы разделяют на две группы:
a. местные электротравмы,
b. электрические удары.
a) Местные электротравмы:
 электрический ожог (проникновение тока через тело человека);
 электрические знаки (представляют собой резко очерченные омертвевшие
участки кожи);
 металлизация кожи – это проникновение в верхние слои кожи
мельчайших частиц металла;
 механические повреждения (резкие судорожные сокращения мышц);
 электрофтальмия, под которой понимают воспаление наружных оболочек
глаз.
b)
Электрические удары:
 возбуждение живых тканей организма протекающих через них током.
Электрические удары делят:
 Судорожное слабое сокращение мышц (проявляется при токе 1.1 мА, f =
50 Гц).
 Судорожное сокращение мышц, сопровождаемое сильными болями, без
2
потери сознания (при токе от 3-5 мА); 10 мА – покалывающий ток.
 Судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранившимся
дыханием и работой сердца (при токе от 25 мА), 15 мА – неотпускающий
ток.
 Потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (50
мА); 100 мА – воздействует на мышцы груди.
 Клиническая смерть (250-500 мА ток фибрилляции – остановка сердца).
III. Электрический ток
Основной поражающий фактор
При прохождении электротока поражающим фактором является ток,
проходящий через тело.
Сопротивление человеческого тела зависит от:
a. состояния кожного покрова.
Величина сопротивления кожи резко уменьшается при:
 повреждении его рогового слоя (ссадины, порезы);
 увлажнении кожи (при увлажнении резко увеличивается
токопроводимость);
 загрязнение кожи различными веществами, в особенности электролитами.
b. Длительность пропускания тока.
 Прохождение тока вызывает нагрев кожи и оказывает раздражающее
действие на ткани.
 В нашей стране принято в качестве сопротивления человеческого тела Rh
= 1000 Ом при напряжении свыше 50 В. Считая его неизменным при
заданном значении напряжения (U=220В), можно определить величину тока,
проходящего через тело человека:
I
U
220

 220 мА – опасное для человека значение.
Rh 1000
3
IV. Инструктаж по технике безопасности
Для студентов, работающих в учебно–практических лабораториях
кафедры электротехники и автоматики
Во избежание несчастных случаев, связанных с поражением электротоком,
необходимо соблюдать следующие факторы:
a. Каждый студент должен находиться на том рабочем месте, которое ему
указано в начале занятий.
b. Перед началом выполнения работ студент обязан:
 освободить рабочее место от ненужных приборов, сумок и т.п.;
 изучить методические указания к лабораторным работам.
c. Запрещается собирать схему лабораторной установки без разрешения
преподавателя.
d. Запрещается включать лабораторную установку без проверки
преподавателем правильности сборки схемы.
e. В процессе проведения лабораторной работы запрещается:
 работать влажными руками;
 касаться движущихся и вращающихся частей электроустановок;
 самостоятельно устранять неисправность лабораторных стендов, если они
возникли при выполнении экспериментов;
 делать пересоединения в схемах лабораторных установок, если они
находятся под напряжением;
 разбирать схемы лабораторных установок по электрическим машинам до
полной остановки двигателя;
 касаться неизолированных частей установок.
f. Если есть неисправность в лабораторной установке, необходимо
немедленно отключить стенд.
g. После окончания лабораторной работы необходимо:
I. отключить питание лабораторного стенда;
II. получить разрешение преподавателя на разборку схемы;
III. отсоединить провода схемы лабораторной установки от клемм питающей
сети;
IV. разобрать оставшуюся часть схемы.
h. Каждый лабораторный стенд имеет свою отключающую питание
аппаратуру.
i. При возникновении пожара (см. план эвакуации) студенту следует
немедленно отключить питание стендов и покинуть лабораторию
j. Студент получает допуск к лабораторной работе только после
получения инструктажа на рабочем месте.
k. Студент, нарушивший настоящую инструкцию, немедленно
отстраняется от работы в лабораториях.
4
V. Правила оказания первой медицинской помощи
Оказание первой помощи включает в себя два этапа.
a. освобождение пострадавшего от действия электротока
b. оказание пострадавшему доврачебной медпомощи
!
Главное обезопасить себя от поражения электрическим током
При поражении электротоком необходимо:
I. Немедленно отключить электроустановку, которой касается
пострадавший. Вызвать врача.
II. Определить состояние пострадавшего, проверить наличие дыхания и
сердечных сокращений.
III. Если пострадавший в сознании, но был в обмороке, то необходимо:
 удобно уложить на сухую подстилку;
 укрыть пострадавшего сверху одежды;
 удалить лишних людей из помещения.
IV. Если без сознания, но есть пульс:
 уложить на подстилку;
 расстегнуть одежду и пояс;
 обеспечить приток свежего воздуха;
 растереть тело и дать понюхать спирт или нашатырь;
 обеспечить полный покой;
V. Если плохо дышит – сделать искусственное дыхание, но прежде:
 освободить от стесняющих дыхание предметов одежды;
 уложить на спину;
 запрокинуть голову;
VI. При отсутствии признаков жизни приступить к искусственному
дыханию и массажу сердца.
Во всех случаях констатировать смерть имеет право только врач.
5
VI. Токи воздействия на человека
 10 мА – покалывающий ток
 15 мА – неотпускающий ток
 100 мА – опасный ток (воздействие на грудную клетку, удушье)
 250 мА – ток фибрилляции – останавливается сердце
 Большие токи вызывают ожоги – состояние человека зависит от площади
поражения.
 Блуждающие токи – возникают в земле, искусственных сооружениях.
6
Лабораторная работа №1
Исследование нелинейного полупроводникового резистора.
Цель работы: ознакомление с характеристиками и параметрами
нелинейного полупроводникового резистора.
Схема лабораторной установки:
Ход работы:
1. Снятие вольтамперной характеристики резистора:
 переключатель В поставить в положение 1.
 включить источник питания ИП
 изменять входное напряжение от 0 до 220 В.
2. Определение основных параметров резистора
 найти Rст для трех точек (А, Б, В)
 динамическое сопротивление Rg определяется по tg угла наклона
касательной к этой точке
 по найденным в каждой точке значениям Rcт и Rg определить
коэффициент нелинейности β
7
Таблица 1
Переключ. В в полож. 1 (+)
Переключ. В в полож. 2(-)
U, В
I мА
U, В
I мА
6
0,2
6
0,2
10
0,3
10
0,3
14
0,5
14
0,5
20
7
20
7
Таблица 2
параметры
точка
А
Б
В
RСТ 
Rg 
Rст , Ом
33,3
28
2,85
U
;
I
U
I  U
; β
;
I
U  I
RСТ ( A) 
10
 33,3  10 3 Ом
0,3  10 3
RСТ ( Б ) 
14
 28  10 3 Ом  28 кОм
3
0,5  10
RСТ ( B) 
20
 2,85  10 3 Ом  2,85 кОм
0,5  10 3
Rg 
4
 40 103 Ом  40 кОм
3
0,1 10
Rg 
4
 20 103 Ом  20 кОм
3
0,2 10
Rg 
6
 0,9 103 Ом  0,9 кОм
3
6,5 10
β
33,3
 0,825
40
β
2,85
 3,9
0,9
β
28
 1,4
20
Rg , Ом
40
20
0,9
β
0,825
1,4
3,2
8
9
Лабораторная работа №2
Снятие характеристик и определение параметров транзистора по схеме с
общим эмиттером.
Цель работы: изучение особенностей работы транзистора по схеме с
общим эмиттером (снятие входной и выходной характеристик), определение
коэффициента усиления по току β и входному сопротивлению.
Рис. 1 Схема лабораторной установки.
Выполнение работы:
1. Сборка и опробование схемы.
2. Снятие входных статических характеристик транзистора Iб = f (Uбэ) при
Uкэ = const.
3. Снятие выходных статических характеристик транзистора Iк = fi (Uкэ)
при Iбэ = const.
4. Построение статических характеристик транзистора.
5. Определение коэффициента усиления по току β и входного
сопротивления транзистора.
Таблица 1
Uкэ = 0 В
Uбэ , мВ
Iб , мкА
30
60
90
12
70
138
Транзистор типа П-214
Uкэ’ = 5 В
Uкэ’’ = 10 В
Uбэ ,
Uбэ ,
Iб , мкА
Iб , мкА
мВ
мВ
30
4
30
2
60
32
60
31
90
80
90
80
Uкэ’’’ = 15 В
Uбэ ,
Iб , мкА
мВ
30
2
60
32
90
80
10
Таблица 2
Iб = 0 мА
Uкэ , В
Iк , мА
0
3
5
3
10
4
15
4
Iб’ = 40 мА
Iб’’ = 80 мА
Iб’’’ = 120 мА
Uкэ , В Iк , мА Uкэ , В Iк , мА Uкэ , В
Iк , мА
0
5
0
12
0
17
5
28
5
52
5
70
10
31
10
57
10
84
15
33
15
62
15
91
I
I ÂÛ Õ
U ÂÕ
;
h11 
; h21  ÂÛ Õ ; h22 
I ÂÕ
U ÂÛ Õ
I ÂÛ Õ
β=
 70  52  ì À  450
I K

I á 120  80  ì À
Рис. 2 Входные характеристики транзистора.
11
Рис. 3 Выходные характеристики транзистора
12
Лабораторная работа №3
Однополупериодный выпрямитель на полупроводниковом диоде
Цель работы: ознакомление с ВАХ полупроводникового диода,
изучение однополупериодного выпрямителя.
Выполнение работы:
1. Схема лабораторной установки на рисунке 1.
2. Снятие характеристик сопровождающихся наблюдением формы
кривой напряжения, осциллограммы в которой необходимо зарисовать
четыре координатных плоскости и совмещенными осями времени для
изображения напряжений U=f (t) наблюдаемых при работе
выпрямителя.
3. Для подготовки лабораторной установки к выполнению работы
необходимо блок-модуль М1 «Выпрямитель однополупериодный» и
соединить с блок-модель М2 «LC - фильтр».
4. Шнуры питания лабораторной установки и осциллограммы
подключить к сети питания 220 В в 50 Гц.
5. Переключатели В4 и В6 установить в нейтральное положение,
переключатель В3 установить в вертикальное положение, а
переключатель В8 в крайнее правое положение.
6. Регулятор величины сопротивления нагрузки Rн установить в крайнее
левое положение.
Изменения в положении
U,В
I, мА
0
140
68
1
125
105
2
110
115
13
Рис.1. Схема лабораторной установки.
Рис.2. Схема однополупериодного выпрямителя.
14
Вывод: Ознакомились с краткими сведениями ВАХ
полупроводникового диода. Изучили однополупериодный выпрямитель.
Влияние сглаживающих фильтров на качество выпрямленного тока и
напряжения.
15
Лабораторная работа №4
Двухполупериодный выпрямитель на полупроводниковом диоде
Цель работы: изучение мостовой схемы двухполупериодного выпрямителя,
изучение влияния сглаживающих фильтров на качество выпрямленного тока
и напряжения.
Выполнение работы:
1. Схема лабораторной установки:
2. Нарисовать 8 координатных осей с совмещенными осями для
изображения напряжений u=f(t) и токов I = f(t), наблюдаемые при работе
выпрямителя и LC– фильтров.
3. Для подготовки лабораторной установки к выполнению работы
необходимо блок – модули М3 «Выпрямитель мостовой» и М2 «LC фильтр» установить в штепсельные разъемы.
4. Шнуры питания лабораторной установки и осциллографа подключить к
сети питания 220 В 50 Гц.
5. Переключатели В4 и В6 установить в нейтральное положение,
переключатель В8 – в крайнее правое положение.
6. Подключить к входной клемме осциллографа кабель.
7. Ручку регулирования величины сопротивления нагрузки RH установить в
крайнее левое положение.
16
8. Входной кабель осциллографа подключить к клеммам 7 и 9
лабораторной установки.
9. Перевести тумблеры «Сеть» установки и осциллографа в положение
«Вкл».
10.Зарисовать осциллограмму синусоидального напряжения на вторичной
обмотке трансформатора ТР до выпрямительного моста.
11.Пересоединить кабель осциллографа с клемм 7 и 9 на клеммы 10 и 12.
ОСТОРОЖНО! СТЕНД НАХОДИТСЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ.
12.Зарисовать осциллограмму двухполупериодного выпрямленного
напряжения.
13.Переключатель В4 перевести в крайнее левое положение, подключив тем
самым С – фильтр, зарисовать осциллограмму напряжения при
минимальном значении IH . (регулятор сопротивления нагрузки RH в –
крайнем левом положении.)
14.Регулятор сопротивления нагрузки RH перевести в крайнее правое
положение, введя тем самым полностью нагрузку (IH = max). Зарисовать
осциллограмму выпрямленного напряжения с С – фильтром при
максимальной нагрузке.
15.Переключатель В4 установить в нейтральное положение.
16.Пересоединить кабель осциллографа с клеммы 10 на клемму 11.
17.Переключатель В8 перевести в нижнее положение, а переключатель В5 в
верхнее положение, подключив тем самым L – фильтр к выпрямителю.
18.Ручку регулятора сопротивления нагрузки RH перевести в крайнее левое
положение (IH = min).
19.Зарисовать осциллограмму выпрямленного напряжения с L – фильтром
при минимальной нагрузке.
20.Ручку регулятора RH перевести в крайнее правое положение
(IH = max) и зарисовать осциллограмму выпрямленного с L- фильтром при
максимальной нагрузке.
17
U,B
I,мА
Нет нагр.
105
0
1Н
60
30
2Н
45
40
3Н
36
48
4Н
32
52
18
Вывод: изучили мостовую схему двухполупериодного выпрямителя;
изучили влияние сглаживающих фильтров на качество выпрямленного тока и
напряжения.
1. Наиболее простым является емкостный фильтр.
2. Индуктивный фильтр применяется к выпрямителям с большим током.
3. Комбинированные фильтры Г – образные и П – образные, которые
сочетают в себе свойства емкостного индуктивного фильтров.
19
Лабораторная работа №5
Исследование параметрического стабилизатора напряжения на
стабилитроне.
Цель работы: ознакомление со схемой и принципом работы
параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне, исследование
характеристик и параметров работы стабилизатора напряжения.
Ход работы:
1. Изучить устройство и принцип действия полупроводникового
стабилитрона и параметрического стабилизатора постоянного
напряжения.
2.
Подготовить стенд полупроводниковых стабилизаторов напряжения
типа ЭС 1А/2 для выполнения лабораторной работы, вставив в него блок
– модуль «Стабилизатор параметрический»
3. Установить ручки регулирования величины гасящего сопротивления Rг
и сопротивления нагрузки RН в среднее положение.
4. Подключить стенд к сети переменного напряжения 220 В.
5. Включить стенд в работу, после чего переключатель рода тока В2
установить в положение «=».
6. Регулятором напряжения установить начальное значение входного
напряжения стабилизатора U0 = 0.
7. Подключить выключателем В3 к схеме сопротивления нагрузки RH
8. Изменяя входное напряжение стабилизатора U0 от 0 до 20 В с шагом 2-4
В, контролировать по приборам значения входного тока схемы I0 , тока
20
стабилитрона Iст ,тока нагрузки IH , напряжения на стабилитроне или
нагрузки UH .
9. По занесенным в таблицу результатам измерений построить
вольтамперную характеристику стабилитрона Iст = f (Uст) и
определить по ней диапазон изменения тока стабилитрона [Iст min; Iст max],
а также напряжение стабилизации в наблюдаемом режиме.
10. Построить зависимость напряжения нагрузки от напряжения на входе
схемы UH = f(U0) и определить по ней рабочий диапазон изменения
напряжения U0 в режиме стабилизации, когда UН = const.
11. Cделать выводы по результатам проведенной лабораторной работы.
UO,B
18
18
18
18
18
18
I0,mA
80
100
120
140
160
180
Iст,mA
50
70
82
>100
>100
>100
UH = Ucт,В
5,5
6
6
6
6
6
IH,mA
35
37
40
40
40
40
Диапазон изменения тока стабилитрона – от 50 до 100 mA.
21
Напряжение стабилизации Uст = 6В
Вывод:
В ходе работы мы ознакомились со схемой и принципом работы
параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне, исследовали
характеристики параметров работы стабилизатора напряжения.
22
Лабораторная работа №6
Исследование фотоэлектронных приборов.
Цель работы: изучение принципа действия и характеристик фотоэлементов.
Методические указания к выполнению работы.
1. Снятие вольтамперных характеристик вакуумного фотоэлемента СЦВ3.
Таблица 1.
Ua
Ia
Ua
Ф2
Ia
Ф1
10
18
10
24
20
25
20
40
30
26
30
43
10
40
10
18
20
11
20
22
30 10 20 30 80
17 0,6 1,2 2,0 5
30 10 20 30 60
37 0,8 1,6 2,5 5
0
0
0
0
10
11
10
11
30
30
30
30
20
20
20
21
2. Снятие вольтамперной характеристики газонаполненного
фотоэлемента типа ЦГ-3
а) Тумблер В7 перевести в положение газонаполненный
б) Переключатель В9 поставить в положение F1, а затем в F2 и
повторить п.1
в) Тумблер В9 установить в нулевое положение
3. Снятие вольтамперной характеристики ФСК-Г11.
Таблица 2. Снятие вольтамперной характеристики газонаполненного
фотоэлемента.
Ф1
(слабо)
Ф2
(сильно)
Ua, B
Ia, мкА
Ua, B
Ia, мкА
10
10
10
18
20
11
20
22
30
17
30
37
4
3
4
4
23
Таблица 3. Снятие вольтамперной характеристики
фотосопротивления.
Ф1
(слабо)
Ф2
(сильно)
Ua, B
Ia, мкА
Ua, B
Ia, мкА
10
0,6
10
0,3
20
12
20
1,6
30
2,0
30
2,5
80
5
60
5
Таблица 4. Определение нагрузочной характеристики фотодиода в
режиме фотопреобразователя.
Ф1
(слабо)
Ф2
(сильно)
Ua, B
Ia, мкА
Ua, B
Ia, мкА
0
0
0
0
10
11
10
11
30
30
30
30
20
20
20
21
40
38
40
40
Таблица 5. Определение нагрузочной характеристики фотодиода в
режиме фотогенератора.
сильно
слабо
RH, кОм
Ia, мкА
RH, кОм
Ia, мкА
300
0
300
0
100
0
100
0
5,1
16
5,1
10
3
25
3
16
2
32
2
20
1
46
1
24
0,1
58
0,1
28
72
32
U=3,5 В – напряжение при котором срабатывает лампочка-контакт
КР1, сигнальная лампа λ загорается.
24
ВАХ вакуумного фотоэлемента.
ВАХ газонаполненного фотоэлемента
25
.
4. Снятие вольтамперной характеристики фотодиода в режиме
фотопреобразователя
а) Переключатель В3 поставить в положение
«Фотопреобразователь»
б) Установить переключатель В1 в крайнее правое положение
в) Тумблер В11 перевести в положение F1
5. Определение нагрузочной характеристики фотодиода в режиме
фотопреобразователя
26
а) Установить В11 в положение F1 и установить с помощью В6
значение U8 = 10 B
Таблица 6.
Ф1
Ф2
RH, кОм
IН, мкА
RH, кОм
IН, мкА
300
0
300
0
100
0
100
0
5,1
16
5,1
10
3
25
5,1
10
2
32
2
20
1
46
1
24
0,1
58
0,1
28
72
32
6. Снятие нагрузочной характеристики фотодиода в режиме
фотогенераторов
а) В11 установить в положение F1
б) Тумблер В3 перевести в положение «Фотопреобразователь»
7. Исследование схемы
27
Лабораторная работа №7
Цель работы: ознакомиться с конструкцией, принципом действия
фоторезисторных измерительных приборов положения (датчиков), по
результатам эксперимента исследовать на статические характеристики.
28
Электрическая схема фоторезисторного датчика
взаимодействия его элементов R1 и R2 с «маяком».
(а)
Исследование двухкаскадного усилителя на транзисторах.
и
схема
29
30
Лабораторная работа №8
Изучение работы измерительных приборов.
Цель работы: ознакомление с устройством и принципом действия
измерительных генераторов, электронных вольтметров и осциллографов.
Ход работы:
1.
Собрать схему:
2. Перевести II в положение 2. При этом на осциллограф подать
напряжение 0 делителя.
3. Определить амплитудное значение. Vm = √2 U
31
4. Измерить длину световой полоски калибровочного напряжения
соответствующую данной амплитуде сигнала.
5. С помощью НГ измерить напряжение и определить его величину с
помощью осциллографа.
UX 
Передняя панель осциллографа:
U m  nX
Ï Ê
32
Лабораторная работа №9
Исследование полупроводникового усилителя с резисторно-емкостной
связью.
Цель работы: изучение работы схемы и определение основных
технических показателей усилителя низкой частоты на транзисторе
амплитудных и частотных характеристик, снятых с обратной положительной
связью и без нее.
Прежде чем проводить испытание усилителя, к нему присоединяются
необходимые радиоизмерительные приборы.
Далее все элементы схемы включаются в сеть и стабилизируются в течение
5-10 мин., после чего можно приступить к проведению эксперимента.
Снятие амплитудной характеристики.
33
Амплитудная хар-ка без обратной связи. Uвых = f (Uвх) при fвх = 1кГц = const
Uвх
мВ
1
2
3
4
5
7
10
Uвых усилителя
В
1,5
Uвых усилителя
В
4
Амплитудная хар-ка c обратной связью. Uвых = f (Uвх) при fвх = 1кГц = const
Uвх
мВ
1
2
3
4
5
Uвых 1 каскада
В
5
Uвых усилителя
В
7,5
Измерить напряжения на гнездах Г6 и Г7 с помощью вольтметра ЛВ2.
Изменяя амплитуду входного сигнала в пределах 1-10 мВ измерить
напряжения на выходах первого и второго каскадов.