Оборудование: Батарея, два потенциометра с номиналом 20-40 ом, миллиамперметр, микроамперметр, вольтметр, омметр, транзистор из набора полупроводников, два ключа, источник питания для практикума, соединительные провода..
Ход работы.
Задание 1. Измерение сопротивления эмиттерного и коллекторного переходов транзистора и силы обратного тока коллектора.
1.Подготовте в тетради таблицу для записи результатов измерения.
Тип транзистора | Сопротивление эмиттерного перехода | Сопротивление коллекторного перехода | Сила обратного тока коллектора (мкА) | ||
Прямо (Ом) | Обратное(Ом) | Прямое (Ом) | Обратное(Ом) | ||
2. Включите омметр на предел измерения 1000 Ом и установите стрелку на нуль шкалы.
3. Подключите щупы омметра к эмиттеру и базе транзистора и, меняя полярность включения, убедитесь в односторонней проводимости эмиттерного перехода. Заметьте полярность напряжения, при котором переход включается в прямом и обратном направлениях.
4. Подключите щупы омметра к базе и коллектору транзистора и изучите коллекторный переход аналогично эмиттерному.
5. Измерьте прямые сопротивления эмиттерного и коллекторного переходов. Результаты измерения занесите в таблицу.
6. Установите омметр на предел измерения 2 Мом и измерьте обратное сопротивление обоих переходов транзистора, результаты измерения занесите в таблицу.
7. Измерьте силу обратного тока коллектора. Для этого снова включите коллекторный переход в обратном направлении. При этом отсчёт показания прибора производите по шкале постоянного тока, считая силу тока полного отклонения стрелки 150 мкА. Результаты измерения занесите в таблицу.
Задание №2. Измерение коэффициента усиления и исследование зависимости силы тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при постоянной силе тока базы.
1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений.
I б, мкА | ||||||||||||
Uкэ, В | ||||||||||||
Iк, мА |
2.Соберите электрическую цепь по схеме.
Предупреждение: В электрическую цепь включают вначале эмиттерный, а затем коллекторный переходы. При включённой цепи нельзя замыкать выводы базы и коллектора. Сила тока через переходы транзистора не должны превышать 10 мА. Все переключения в цепи производят при отключённых источниках питания.
3. Вычислите статический коэффициент усиления по току транзистора. Для этого при помощи потенциометра R1 установите силу тока базы, например 50мкА и измерьте силу тока коллектора при напряжении на коллекторе, например, 4 В. затем установите силу тока базы 100мкА и снова измерьте силу тока коллектора при том же напряжении на коллекторе. По полученным данным вычислите искомую величину.
4. Исследуйте зависимость силы тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при постоянной силе тока базы. Для этого используйте собранную электрическую цепь. Установите силу тока базы, например, 100мкА и постепенно увеличивайте напряжение на коллекторе вначале на 0,5 В, когда изменение силы тока коллектора почти прекратится, на 1 В каждый раз записывайте показания приборов в таблицу.
5. По полученным данным постройте коллекторную характеристику транзистора. По оси абсцисс отложите напряжение между коллектором и эмиттером, а по оси ординат – силу тока коллектора в миллиамперах.
Контрольные вопросы:
1. Можно ли рассматривать транзистор как два диода, соединённых последовательно? Можно ли из двух отдельных диодов получить транзистор?
2. При какой полярности приложенного напряжения эмиттерный и коллекторный переходы включаются в прямом и обратном направлениях?
3. Зависит ли статический коэффициент усиления по току транзистора от напряжения между коллектором и эмиттером?
4. На каких участках коллекторной характеристики выходное сопротивление транзистора остаётся почти постоянным?
5. Подчиняется ли сила тока коллектора закону Ома?
Занятие 7. Простейшие электронные схемы используемые в компьютере. (90 мин)
Форма занятия –урок.
Оборудование: Электронные кубики.
Содержание урока:
Мультивибратор – основной источник импульсов в компьютере. Мультивибратор это безконтурный генератор импульсов. Состав и принцип работы мультивибратора. ( «Радиокубики» руководство по эксплуатации стр.36-45. Рудольф Сворень. «Электроника. Шаг за шагом. Стр 215.244.208.)
В мультивибраторе работают два транзистора, причём каждый из них управляет работой другого – коллектор каждого транзистора через конденсатор связан с базой своего соседа
В бурных событиях, которые происходят в мультивибраторе, немало действующих лиц. Это напряжения на базах, которые в итоге определяют коллекторные токи, а значит и, и напряжения на коллекторах. Это конденсаторы С1 иС2 , от ёмкости которых зависит скорость их разряда и заряда, а значит, и время существования токов, которые влияют на режимы транзисторов. Это ещё и резисторы R2 и R3, которые определяют не только режимы транзисторов своими обычными методами, но ещё и участвуют в заряде и разряде конденсаторов и тоже влияют на скорость этих процессов. Если детально разобраться в том, что происходит в мультивибраторе, в какие моменты времени, какие напряжения приложены к конденсаторам, какой величины и в каком направлении текут токи, как конкретно эти токи влияют на режимы транзисторов, то окажется, что транзисторы Т1 и Т2 внимательно следят друг за другом, каждый из них мгновенно реагирует на действия соседа. Именно мгновенно: такой быстроте реакции позавидовал бы любой боксёр.
Как только один из транзисторов открывается, второй тут же закрывается – это результат сложного взаимодействия токов и напряжений в схеме. Проходит некоторое время (оно-то и определяется скоростью заряда и разряда конденсаторов), закрытый транзистор мгновенно открывается, и тут же ответный удар – закрывается второй транзистор. В итоге транзисторы поочерёдно открываются и закрываются, а значит, токи у них и напряжения на коллекторах периодически меняются от своего наибольшего значения до наименьшего. На выходах мультивибратора ( у него два выхода, поскольку два транзистора) появляются меняющиеся напряжения и токи, электронный генератор действует.
Частота переменных напряжений на выходах мультивибратора зависит от ёмкости конденсаторов и сопротивления резисторов, которые входят в его схему, и ещё от смещения на базах, которые приходится преодолевать, чтобы запирать транзисторы. Практически изменение любого элемента схемы приводит к изменению частоты. С увеличением ёмкости С1 иС2 и сопротивлений R1,R2,R3 и R4 процессы заряда и разряда конденсаторов, отпирания и запирания транзисторов идут медленнее, частота мультивибратора уменьшается. Но конечно же существуют ограничения на выбор элементов схемы, их нельзя менять как угодно, добиваясь нужной частоты. Так, например, чрезмерное уменьшение сопротивления нагрузки R1 и R4 может настолько снизить усиление каскадов, что мультивибратор вообще перестанет работать. Срыв генерации может также произойти из-за чрезмерного уменьшения базовых резисторов R2 и R3. Для изменения частоты мультивибратора в широких пределах изменяют ёмкость конденсаторов. Например для получения низких частот применяются электролитические конденсаторы большой ёмкости.
Демонстрация: Электронная мигалка на базе мультивибратора из набора радиокубиков. Электронное реле поворота для автомобиля.(рис 19. стр 38)
Есть ещё один распространённый тип генераторов, в котором всеми событиями управляет заряд – разряд конденсатора. Это блокинг – генератор.
Триггер основной элемент памяти компьютера.
Можно смело сказать, что триггер – один из самых распространённых схемных узлов современной электроники. Во всяком случае, это главное действующее лицо в электронных вычислительных машинах и многих электронных автоматов. Типичная схема триггера внешне напоминает мультивибратор.
Как и у мультивибратора, в триггере два транзистора. Они так же связаны друг с другом – с коллектора одного сигнал подаётся на базу другого. Но только в мультивибраторе коллектор транзистора связан с базой своего соседа через конденсатор, а в триггере связь прямая, через резистор. Поэтому каждый транзистор влияет на работу второго транзистора постоянно, долговременно, а не кратковременно, как в мультивибраторе, где всё связано с зарядом и разрядом конденсатора, с процессом, который рано или поздно заканчивается. В отличии от мультивибратора у триггера есть вход, куда подаются импульсные сигналы.
Начнём сначала, с того момента, когда на триггер было подано питание. И предположим, что в этот момент оба транзистора оказались слегка открытыми и в обеих шёл одинаковый коллекторный ток. Мы знаем, что понятие постоянный ток весьма относительное и в какой-то момент в одном из транзисторов ток окажется чуть меньше, чем во втором, пусть на доли микроампера, но меньше.
Для определённости предположим, что уменьшился ток в первом транзисторе Т1. при этом сразу же несколько поднялось напряжение на его коллекторе ( чем меньше коллекторный ток, тем меньше напряжение на нагрузке и больше остаётся на коллекторе), которое прямо через резистор Rб «минусом» подеётся на базу транзистора Т2. Раз на базе Т2 увеличился «минус», то увеличивается коллекторный ток и на коллекторе этого транзистора «минус» стал меньше. С коллектора Т2 «минус» подаётся на базу Т1, и из-за уменьшения этого «минуса» ток в транзисторе Т1 уменьшится ещё больше. Процесс этот будет лавинообразно нарастать, и через некоторое время один из транзисторов окажется закрытым, а второй полностью открытым. В нашем примере закроется Т1, он покатится в это закрытое состояние из-за случайного незначительного уменьшения коллекторного тока. С таким же успехом мог закрыться и транзистор Т2, если бы у него раньше началось незначительное уменьшение тока. Но важно совсем не то, какой транзистор закроется раньше. Важно, что состояние, когда один из транзисторов закрыт, а второй открыт – это естественное, устойчивое состояние триггера, он будет находиться в таком состоянии бесконечно долго. Потому что оба транзистора всеми своими силами стараются сохранить устойчивое состояние триггера, в котором он случайно оказался. Первый, закрытый транзистор, всем своим коллекторным минусом открывает второй, открытый транзистор, а тот, в свою очередь ничтожно малым минусом на коллекторе не может противодействовать внешнему напряжению Uзап, которое запирает первый транзистор.
Но вот на вход триггера приходит сигнал, приходит прямоугольный импульс такой полярности, что он стремится открыть оба транзистора. И тут всё приходит в движение. Правда, на открытый транзистор входной сигнал не действует, он и так открыт. Но зато дремавший и уставший от бездеятельности второй транзистор немедленно открывается. И лавинообразно меняет все токи и напряжения в триггере, закрывает своего конкурента, а сам остаётся открытым до следующего сигнала на входе.
Так одинаковые входные сигналы поочерёдно переводят триггер из одного устойчивого состояния в другое, и при этом меняются напряжения на коллекторах транзисторов. причём меняются они через такт – нечётные импульсы открывают один транзистор, чётные – другой. И если снимать напряжение с одного из транзисторов триггера, безразлично с какого, то число импульсов этого напряжения будет в два раза меньше, чем число импульсов на входе. То есть триггер уменьшает частоту поступающего на его вход сигнала в два раза. А если соединить последовательно несколько триггеров, то можно разделить частоту на 2,4, 8 и т. д, одним словом в 2п раз, а это уже возможность производить вычисления в двоичной форме числа. (Рудольф Сворень. «Электроника. Шаг за шагом» стр.219-1
Занятие 8. Простейшие электронные схемы.(90 мин)
Форма занятия – лабораторный практикум.
Сборка мультивибраторных и триггерных систем для бытовых приборов из радиокубиков.
(«Радиокубики» Руководство по эксплуатации стр. 37.38.45. Рудольф Сворень «Электроника. Шаг за шагом» стр.399.401)
Оборудование: транзистор ПМ41 или аналог на панели, транзистор П214 на панели, электроосветитель, терморезистор на колодке, батарея конденсаторов БК58, резистор на 3кОм, источник питания для практикума, ключ, соединительные провода, сосуды с горячей и холодной водой.
Цель занятия: научить учащихся разбираться в простейших автоматических устройствах и научить их монтировать и налаживать данные устройства.
ХОД РАБОТЫ:
Автоматы – это устройства, выполняющие определённые функции без непосредственного участия человека. Существуют простые и сложные автоматы. С простейшими автоматами мы встречаемся довольно часто: терморегуляторы в холодильниках и утюгах, автоматы включающие уличное освещение, автоматы в светофорах и т. д.
Любое автоматическое устройство состоит из двух узлов: исполнительного и воспринимающего. Исполнительное устройство производит заданные для автомата действия: включает лампу, мотор и др. Воспринимающее устройство – чувствительный элемент, который преобразует внешнее воздействие в электрический сигнал. Например, фотоэлемент преобразует свет в электрический ток. Для согласования исполняющего и воспринимающего устройства применяют усилители постоянного тока.
Задание 1.
Электронный ключ широко используется в различных автоматических устройствах. Простейший электронный ключ работает следующим образом.
В исходном состоянии цепь базы транзистора разомкнута, транзистор закрыт и лампа в его коллекторной цепи не горит. При нажатии кнопки на базу транзистора подаётся напряжение, транзистор открывается, сила тока в его коллекторной цепи резко увеличивается, что отмечается по горению лампы.
1. соберите электрическую цепь по схеме.
2. замыкая и размыкая кнопку в цепи базы, наблюдайте действие электронного ключа.
Электронный ключ в дальнейших заданиях будем использовать в качестве исполнительного устройства.
отключите от электронного ключа источник питания не разбирая сам ключ.Задание 2.
Изучение реле времени.
Реле времени предназначено для обеспечения автоматической выдержки времени, необходимой для многих устройств ( включение и отключение стиральной машины
, осветителя и др.)
Задание 3.
Изучение термореле.
Термореле – автомат, реагирующий на изменение температуры.
Контрольные вопросы:
из каких основных узлов состоят автоматические устройства? в чём преимущество электронного ключа над механическим? как можно установить необходимое время задержки в реле времени? почему лампа в термореле включается и выключается не сразу, а через некоторое время? чем можно заменить терморезистор в термореле? какие ещё автоматические устройства можно собрать из представленных деталей?Занятие 9. Изучение логических элементов электронно-вычислительной техники.(90мин).
Форма занятия: Лабораторный практикум.
Содержание занятия: Изучение логических схем компьютера.
Цели занятия: Научить понимать процессы происходящие в логических схемах компьютера, научить монтажу и методам лабораторного исследования электронных схем.
Структурной основой любого цифрового вычислительного устройства (калькулятора, компьютера, станка с ЦПУ, робота) являются логические элементы и их комбинации.
Информация, обрабатываемая цифровыми устройствами, описывается логическими переменными. Их обозначают А, В,С и т. д.которые могут принимать значения цифр 0 и 1 двоичной системы счисления. От переменных образуются простейшие логические функции: инверсия (А=В) –НЕ, дизъюнкция (А+В=С) – ИЛИ, конъюнкция (С=А*В) – И, а также сложные функции ИЛИ – НЕ, И –НЕ. Наиболее удобным является способ задания функции в виде таблиц истинности логических функций. Таблицы строятся так: в левой части помещают столбцы со значениями независимых переменных А, В, а в правой – со значениями функции.
Используя два сигнала ( при двух независимых переменных) высокого и низкого уровня, например, напряжения, можно строить простые логические элементы на полупроводниковой базе ( диодах и транзисторах).
Оборудование: Транзисторы П214-2шт, диоды Д226-2шт, электроосветители -3шт, резисторы на 3кОм -2шт, резисторы на 10 кОм -2шт, источник электропитания для практикума, соединительные провода.
Задание 1. Исследование работы логического элемента ИЛИ.
Соберите электрическую цепь по схеме.
3. Исследуйте действие элемента ИЛИ по таблице состояний. С этой целью подавайте на входы А и В сигналы 1 или 0 и наблюдайте их прохождение через элемент. Сигнал 1 соответствует наличию напряжения или горению ламп, а сигнал 0 – их отсутствию. Чтобы подать сигнал 1 на вход А элемента, соедините проводником зажим «-« источника тока с зажимом А. При этом загорятся лампы 1 на входе и 3 на выходе, это соответствует прохождению сигнала 1. Для подачи сигнала 1 на вход В элемента соедините проводником зажим « - « источника тока с зажимом В. при этом загорятся лампы 2 на входе и 3 на выходе.
4. Подайте на входы А и В сигнал 1 одновременно. Пронаблюдайте загорание всех ламп. Таким образом проверяют таблицу состояний, то есть зависимость появления сигнала 1 на выходе элемента ИЛИ от наличия и комбинации входных сигналов.
А | В | С |
1 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 |
1 | 1 | 1 |
0 | 0 | 0 |
Задание 2. Исследование работы логического элемента НЕ.
Предупреждение: В электрическую цепь первым включают эмиттерный, а затем коллекторный переходы транзистора, при включённой цепи запрещается замыкать выводы коллектора и базы. Все переключения в цепи следует производить при выключенном источнике питания.
1. Исследуйте действие логического элемента. С этой целью подайте сигнал 1 на вход А элемента т. е. подведите напряжение на базу транзистора. Для этого соедините проводником зажим «+» источника тока с зажимом А элемента и проследите за горением ламп.
2. Проверьте на опытах таблицу состояний элемента НЕ. Запишите вывод о наличии сигнала на выходе при наличии сигнала на входе и при его отсутствии.
А | В |
1 | 0 |
0 | 1 |
3. Разберите электрическую цепь.
Задание 3. Исследование работы логического элемента И.
Соберите электрическую цепь по схеме.
2. Исследуйте действие логического элемента по таблице состояний.
А | В | С |
0 | 0 | 0 |
1 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
1 | 1 | 1 |
С этой целью подайте сигнал 1 на вход А элемента т. е. подведите напряжение на базу транзистора Т1 соединив зажим «-« источника тока с зажимом А элемента. Обратите внимание на лампы 1 и 2 . Отметьте какая из них горит.
3. Подайте сигнал 1 на вход элемента В т. е. соедините проводником зажим «-« с зажимом В элемента. Обратите внимание на лампы 1 и 2 . Отметьте какая из них горит.
4. подайте сигнал 1 на оба входа элемента и обратите внимание на горение ламп 1,2 и3. Таким образом вы проверили на опытах таблицу состояний.
5. Запишите выводы о наличии сигнала 1 на выходе элемента при наличии или отсутствии сигнала на его входах.
Разберите цепь.
Задание 4. Исследование работы логического элемента ИЛИ-НЕ..
Соберите электрическую цепь по схеме.
2. Исследуйте действие логического элемента по таблице состояний.
А | В | С |
1 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
1 | 1 | 0 |
0 | 0 | 1 |
С этой целью подайте сигнал 1 на вход А элемента соединив зажим «+« источника тока с зажимом А элемента. Обратите внимание на лампы 1 и 2 . Отметьте какая из них горит.
3. Подайте сигнал 1 на вход элемента В т. е. соедините проводником зажим «+« с зажимом В элемента. Обратите внимание на лампы 1 и 2 . Отметьте какая из них горит.
4. подайте сигнал 1 на оба входа элемента и обратите внимание на горение ламп 1,2 и3. Таким образом вы проверили на опытах таблицу состояний.
5. Запишите выводы о наличии сигнала 1 на выходе элемента при наличии или отсутствии сигнала на его входах.
Разберите цепь.
Задание 4. Исследование работы логического элемента ИЛИ-Не собранной по триггерной схеме..
Соберите электрическую цепь по схеме.
2. Исследуйте действие логического элемента и составьте таблицу состояний.
С этой целью подайте сигнал 1 на вход А элемента т. е. подведите напряжение на базу транзистора Т1 соединив зажим «-« источника тока с зажимом А элемента. Обратите внимание на лампы 1 и 2 . Отметьте какая из них горит.
3. Подайте сигнал 1 на вход элемента В т. е. соедините проводником зажим «-« с зажимом В элемента. Обратите внимание на лампы 1 и 2 . Отметьте какая из них горит.
4. подайте сигнал 1 на оба входа элемента и обратите внимание на горение ламп 1,2 и3. Таким образом вы проверили на опытах таблицу состояний.
5. Запишите выводы о наличии сигнала 1 на выходе элемента при наличии или отсутствии сигнала на его входах.
Разберите цепь.
Контрольные вопросы:
Почему в электронно-вычислительных машинах сигнал кодируется в двоичной системе счисления? В каких режимах работают транзисторы в изучаемых логических элементах? В чём преимущество бесконтактных электронных схем логических элементов перед контактными? Назовите области применения триггеров.Литература: Основы электротехники. 1989г.
Электроника шаг за шагом. 1979г.
Практикум по физике. 1987г.
Радиокубики. Руководство к эксплуатации
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
