42672

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОННОГО БЛОКА И РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ Я НАГРУЗОК ВСЕХ РАДИОЭЛЕМЕНТОВ БЛОКА

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

На передней панели БЭ размещен предохранитель элемент сигнализации регулятор выходного напряжения гнезда выходного стабилизированного напряжения. К первичной обмотке трансформатора через разъем и предохранитель подведено напряжение 220В 50Гц а также подключена цепочка сигнализации поданного напряжения. Структурная схема Для транзисторов записать предельно допустимые напряжения Uкэ и предельно допустимый ток коллектора. Ее экспериментально определяют следующим образом измеряют падение напряжения на резисторе вольтметром в вольтах.

Русский

2013-10-30

287 KB

5 чел.

PAGE  11

Лабораторная работа 1

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОННОГО БЛОКА И РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ Я НАГРУЗОК ВСЕХ РАДИОЭЛЕМЕНТОВ БЛОКА

Цель работы:

  1.  Ознакомиться с радиоэлектронными элементами: резисторами, конденсаторами, трансформатором, диодами, стабилитронами, транзисторами, предохранителями, элементами индикации и др.;
  2.  уяснить  особенности  структурной,  функциональной  и  принципиальной
    схем;
  3.  освоить методы "прозвонки" радиоэлектронной аппаратуры;
  4.  научиться работать с вольтметром, тестером и осциллографом в режимах
    "прозвонки" и измерения пульсаций;
  5.  освоить составление карт рабочих режимов транзисторов,
  6.  уяснить методики расчета коэффициентов нагрузок каждого радиоэлемента;
  7.  научиться пользоваться справочными пособиями и технической литературой по радиоэлектронике,
  8.  освоить работу двухполупериодного выпрямителя;
  9.  оценить эффективность работы сглаживающего фильтра путем измерения
    коэффициента пульсации;
  10.  уяснить принцип транзисторного стабилизатора.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Результатом выполнения лабораторной работы должен быть комплект технических, документов, содержащий:

  1.  Схема структурная прибора;
  2.  Схема функциональная прибора,
  3.  Схема принципиальная прибора;
  4.  Перечень элементов;
  5.  Карта рабочих режимов транзисторов;
  6.  Расчетные значения коэффициентов нагрузок всех радиоэлементов;
  7.  Измеренное значение коэффициента пульсации;
  8.  Описание работы транзисторного стабилизатора.

Комплект документов должен быть выполнен в соответствии с требованиями стандартов, действующих в Украине и выполнен методами компьютерной графики на листах формата А4.

1. Составление структурной, функциональной и принципиальной схем методом "прозвонки"

Исходные данные

В качестве исследуемого блока предоставляется радиоэлектронный блок питания БПУ- 12В.

Конструктивные особенности. БПУ состоит из корпуса и блока электронного (БЭ). Корпус выполнен из прессованной фанеры, через отверстие, в задней крышке которого пропущен шнур питания. Задняя крышка крепится винтами. БЭ представляет собой конструктив, к которому крепится передняя панель с элементами управления и сигнализации, трансформатор и однослойная печатная плата с радиоэлементами выпрямителя, фильтра и стабилизатора. Шнур питания подключен к БЭ через разъем.

На передней панели БЭ размещен предохранитель, элемент сигнализации, регулятор выходного напряжения, гнезда выходного стабилизированного напряжения.

Трансформатор крепится к конструктиву. К первичной обмотке трансформатора через разъем и предохранитель подведено напряжение ~ 220В 50Гц, а также подключена цепочка сигнализации поданного напряжения. Вторичные обмотки трансформатора жгутом подключены к контактам однослойной печатной платы. На плате размещены радиоэлементы выпрямителя, фильтра и стабилизатора. Выходное стабилизированное напряжение ± 12В с контактов платы также жгутом выведены на гнезда на переднюю панель конструктива.

1.1. Составление структурной схемы.

Структурная схема выполняется на листе форматом А4. Представляет собой набор прямоугольников определенных размеров. Каждый прямоугольник это конструктивный элемент. На структурной схеме можно указывать названия основных блоков и некоторые связи, сигналы, поступающие на вход и снимаемые с выходов.

В нашем случае структурная схема представлена на рис. 1

Структурной схеме прибора присваивается децимальный номер, где первых три буквы - шифр завода-изготовителя. В нашем случае каждый студент присваивает начальные буквы своей фамилии, имени и отчества. Структурная схема имеет индекс Э1. Размеры прямоугольников выбираются в соответствии со стандартом,

1.2. Составление функциональной схемы.

Функциональная схема является развитием структурной схемы с указанием функциональных связей между отдельными узлами прибора. Обычно по функциональной схеме можно определить электронную "начинку" прибора, а также входные и выходные сигналы между отдельными электронными узлами.

В нашем случае функциональную схему можно выполнить так: (рис. 2).

Функциональной схеме присваивается тот же децимальный номер, что и структурной схеме, но с индексом Э2.

Рис.1.1. Функциональная схема

При выполнении функциональной схемы студент обязан методом «прозвонки» определить:

  1.  на какие контакты разъема поступает напряжение ~ 220 В 50 Гц от сети;

убедиться в исправности предохранителя F1 на передней панели А5 и предохранителя F1 в узле трансформатора A3;

  1.  к каким контактам первичной обмотки трансформатора подключено сетевое напряжение;
  2.  с каких контактов вторичной обмотки снимается напряжение и на какие
    контакты платы А4 подается на выпрямитель А5;
  3.  на какие контакты платы А4 подается напряжение после фильтра выпрямителя А5;
  4.  с каких контактов платы А4 или трансформатора A3 поступают сигналы на гнезда ± 12 В, на потенциометр регулировки R1, на неоновую лампу Л1, на предохранитель F1 передней панели.

По справочной литературе студент обязан выписать в рабочую тетрадь технические и эксплуатационные характеристики следующих радиоэлементов:

  1.  R1 и F1 на блоке A3 трансформатора;
  2.  R1, Л1, F1 и гнезд Г1 и Г2 на передней панели А5.

Примечание 1. Метод прозвонки предполагает определение минимального сопротивления между точками схемы. Для этой цели можно использовать ламповые вольтметры, цифровые вольтметры, а также тестеры, где имеется режим измерения сопротивления.

Примечание 2. В процессе прозвонки разъемов студент должен обязательно ответить на следующие вопросы:

как в данном разъеме выполнена защита от перепута ("защита от дурака");

почему со стороны подачи энергии часть разъема выполняется в виде розетки.

1.3.  Составление принципиальной схемы.

Принципиальная схема отображает полное содержание электронного прибора, его блоков, узлов, их электрические связи.

Задачей данного этапа лабораторной работы является наполнение содержимым узлов А5 и А6, размещенных на плате печатной А6.

Как и в предыдущем разделе используется метод прозвонки, а также визуальный метод, позволяющий по печатным дорожкам проследить связи между отдельными радиоэлементами.

Принципиальная схема выпрямителя и фильтра:

Выпрямитель собран на диодах. Необходимо внимательно посмотреть на надписи на корпусах диодов, где выгравировано название диода, год и месяц его изготовления, а также знак     -   по   которому можно   определить прямое направление тока через диод. Основание знака (треугольника) обозначают "плюс" или "анод", а острие   -   "минус" или "катод". Если плюс тестера приложить к плюсу диода, а минус - к минусу диода, то получим прямое сопротивление диода ~ ЗСН-60 Ом. Если поменять концы тестера местами, то получим обратное сопротивление равное сотням КОм. Это говорит об исправности диода. Однако, если диод включен в схему, то часто он может быть зашунтирован сопротивлением других элементов и поэтому обратное сопротивление может быть значительно ниже.

Принципиальная схема фильтра

Фильтр выполнен на электролитических конденсаторах. Визуально определить, где плюс конденсатора, а где минус, как соединены конденсаторы (параллельно или последовательно). Оцените суммарную емкость. По дорожкам печатной платы необходимо определить, к каким контактам платы подключены конденсаторы и как они соединены с выпрямителем.

По справочной литературе, исходя из маркировки диодов и конденсаторов, выписать в рабочую тетрадь технические и эксплуатационные характеристики.

Обратить особое внимание для:

-диодов на предельно допустимый прямой и обратный токи, на предельно допустимое обратное напряжение;

-конденсаторов на предельно допустимое напряжение.
Принципиальная схема стабилизатора состоит из транзисторов, стабилитронов, диодов, резисторов и конденсаторов. К стабилизатору также подключена одна из вторичных обмоток трансформатора. Выход стабилизатора соединен с выходными гнездами П и Г2 и потенциометром, размещенным на панели А5.

Методом прозвонки и визуального просмотра составить эскиз принципиальной схемы стабилизатора. Обратить внимание на цоколевку транзисторов средней мощности и малой мощности, т.е. уяснить, где выводы эмиттера, базы и коллектора. Исходя из маркировки транзистора по справочнику зарисовать цоколевку транзисторов и уяснить, где распайка их выводов на печатных дорожках платы. По справочнику определить тип транзистора: p-n-р или n-р-n.

В зависимости от типа в эскизе схемы зарисовать:

В рабочую тетрадь занести технические и эксплуатационные характеристики транзисторов, диодов и стабилитронов.

Рис. 1.2. Структурная схема

Для транзисторов записать предельно допустимые напряжения Uкэ, и предельно допустимый ток коллектора.

В исследуемой схеме используются стабилитроны в металлокерамическом и стеклянном корпусах. На первых имеется маркировка в виде знака  и названия стабилитрона. На вторых - в виде цветных полосок. Тип этого стабилитрона надо найти по справочнику.

Для стабилитрона из справочника записать в рабочую тетрадь их предельно допустимую рассеиваемую мощность.

В результате выполненных операций методом «прозвонки» и визуального контроля полученные эскизы принципиальных схем занести в содержимое узлов А5 и А6 и начертить принципиальную схему блока БПУ с тем же децимальным номером, но индексом Э3. Данная  схема должна быть снабжена перечнем элементов, выполненным в соответствии с требованием стандарта.

Таким образом, первая часть работы должна содержать схемы: структурную, функциональную, принципиальную и перечень элементов.

2. Режимы работы радиоэлементов

2.1. Исследование режимов работы электрорадиоэлементов (ЭРЭ)

2.1.1. Прослушать инструктаж по технике безопасности и расписатся в лабораторном журнале. Подключить БПУ к сети.

2.1.2. Под режимами работы понимают для различных ЭРЭ следующее:

Для резисторов – мощность, рассеиваемую на резисторе. Ее экспериментально определяют следующим образом, измеряют падение напряжения на резисторе вольтметром в вольтах. Визуально по маркировке резистора определяют его сопротивление по формуле , определяют мощность, рассеиваемую на резисторе.

При считывании номиналов резисторов следует обратить внимание на особенности маркировки. Например:

М68 = 680 кОм = 680·103 Ом     К68 =  680 Ом

680К = 680 кОм = 680·103 Ом      680 = 680 Ом

Для конденсаторов – напряжение постоянное или переменное, или сумму их амплитуд. Экспериментально измеряют напряжение вольтметром или осциллографом. Сравнивают с допустимым напряжением, которое указано маркировкой, непосредственно на корпусе или в справочнике.

При считывании номиналов конденсаторов также следует обратить внимание на особенности маркировки. Например:

М68 = 0.68·10-6Ф = 0.68 микрофарады=680Н нано фарад

2000,0 = 2000 микро фарад

Н68 = 0,68 нано фарады = 680 пико фарад (пФ)

1мкФ = 1000Нф = 1000.000 пФ

47 = 47 пФ

Для стабилитронов – мощность, рассеиваемую на стабилитроне. Измеряя напряжение стабилизации измеренное вольтметром в вольтах. Косвенно определяют по закону Ома величину тока стабилизации путем измерения падения напряжения на гасящем резисторе:

—  величина сопротивления гасящего резистора, определяемая по его маркировке.

Тогда мощность, рассеиваемая на стабилитроне состоит

Для транзисторов – напряжение Uк-э и токи коллектора Iк. Напряжения измеряют по отношению к общему проводу. В нашем случае в качестве общего провода можно выбрать шину -12В. Тогда все напряжение следует измерять, подключая отрицательный щуп вольтметра к этой шине и внимательно отслеживать знак измеряемых напряжений.

Величины токов коллектора определяют, как и для стабилитронов, косвенным путем, измеряя падение напряжения на тех резисторах, через которые непосредственно проходит ток коллектора.

По результатам измерений Uк-э и Iк заполнить таблицу 1, называемую еще картой рабочих режимов.

№ тр-ра

Uk

Uк-э

VT1

VT2

VT3

VT4

3. Транзисторные стабилизаторы

Исследование схемы транзисторного компенсационного стабилизатора с непрерывным регулированием

Транзисторный компенсационный стабилизатор с непрерывным регулированием (далее "транзисторный стабилизатор") представляет собой систему автоматического регулирования, в которой с заданной точностью поддерживается постоянным напряжением или током на выходе независимо от изменения входного напряжения, сопротивления нагрузки и параметров схемы, (рис. 3.1.)

Рис. 3.1 Транзисторный стабилизатор

Входное напряжение Uвых поступает на регулирующий элемент РЭ, на котором падает часть напряжения и с выхода которого снимается выходное напряжение Uвых меньшее Uвх. Помимо полезной нагрузки выходное напряжение поступает на схему сравнения СС, где оно сравнивается со стабильным опорным напряжением. Разность между выходным и опорным напряжениями поступает на вход усилителя постоянного тока УПТ, где она усиливается и подается в необходимой фазе на РЭ. При этом изменение выходного напряжения вызывает такое изменение напряжения на РЭ, при котором величина выходного напряжения восстанавливается с заданной степенью точности

 

Рис 1.4. Полупроводниковый Р.Э

Рис 1.5. Параллельный Р.Э.

Существует три основных типа транзисторных регулирующих элементов: последовательный, последовательный с шунтом и параллельный (рис. 3.2; 3.3.)

Обычно РЭ представляет собой каскадное соединение транзисторов (VT1, VT2, VT3 на рис. 3.4), называемое составным транзистором, причем VT1 может состоять из нескольких параллельно включенных транзисторов.

Рис 1.6. Каскадное включение транзисторов

Резисторы смещения R1 и R2 задают необходимую рабочую точку смещения транзисторов в режиме малых токов нагрузки и при повышенных температурах.

Существует много типов схем сравнения, УПТ и способов включения опорного напряжения. Обычно в стабилизаторах схема сравнения совмещена с первым каскадом УПТ, а в качестве опорного источника напряжения используются кремневые стабилитроны.

Рис. 1.7. Практическая схема стабилизатора (эскиз)

Питание коллекторной нагрузки схемы сравнения в практических схемах стабилизатора обычно осуществляется от дополнительного источника Uвх2, плюс которого соединяется с минусом выходного напряжения (рис. 1.7).

В данном разделе студент обязан сравнить схему, полученную прозвонкой, со схемой на рис. 3.5. Уяснить, где в реальной схеме опорный элемент, какой транзистор выполняет функции схемы сравнения, какие транзисторы выполняют функции РЭ и УПТ и как выполнен дополнительный источник.

Уяснив назначение элементов, с помощью регулировочного регистра установить на выходных гнездах напряжение + 5В и ток 0,1 А. Измерить напряжения Uупт, Uc-c, Uon, Uк-э регулирующего элемента и занести их в таблицу 3.1. Установить выходное напряжение + 12В и ток 0,1 А, провести замеры в тех же точках и занести в табл. 3.1

Uвых

Uк-э

Uс-с

Uоп

Uупт

Uвых+ Uк-э рэ

Uвх

12В

4. Коэффициенты нагрузки

Расчет коэффициентов нагрузок ЭРЭ.

Под коэф. нагрузки Кн понимают отношение величины исследуемого параметра к его предельно допустимому значению.

В лабораторной работе студент должен произвести расчет коэф. нагрузки для резисторов конденсаторов диодов, стабилитронов и транзисторов для выходного напряжения + 12В. Результаты расчетов сводятся в таблицу 4.1

Для резисторов коэф. нагрузки Khr рассчитываем по формуле: 

где  — мощность, рассеиваемая на резисторе;  - допустимая мощность рассеивания, равная 0,125Вт; 0,25Вт; 1,0Вт. Определяется по габаритным характеристикам резисторов.

Для конденсаторов коэф. нагрузки  рассчитываем по формуле:

где  - амплитуда напряжения (или сумма переменной и постоянной амплитуд), измеренных на конденсаторе; - допустимое напряжение на конденсаторе, определенное по маркировке или по справочнику.  

Для диодов коэф. нагрузки рассчитываем для двух параметров: прямого тока и обратного напряжения.

Для прямого тока диода:

где  —  измеренное прямо или косвенно значение тока через диод; — допустимое значение прямого тока, взятое из справочника.

Для обратного напряжения диода:

где  — измеренное значение обратного напряжения;  — допустимое значение обратного напряжения, взятое из справочника.

Для стабилитронов коэф. Нагрузки рассчитывается по формуле:

 

где Рст = Uст·I — измеренное значение рассеваемой мощности ;

— значение допустимой рассеиваемой мощности, взятое из справочника.