Учебный стенд по электронике

Полезная модель относится к области обучающих устройств и может быть использована для получения практических навыков работы с аналоговыми и цифровыми электрическими схемами во время проведении лабораторных работ и научных исследований.
Общеизвестно, что использование учебных стендов при выполнении различных лабораторных работ позволяет освоить навык соединения отдельных элементов электроники в функциональные узлы электрических схем. Приобретенный навык помогает составлять более сложные электрические цепи и глубоко исследовать физические процессы, протекающие в таких цепях.
Проблема известных стендов заключается в ограниченной вариантности проведения лабораторных работ по электронике, обусловленная возможностью проведения лабораторных работ по электронике только с электрическими цепями и их составными элементами, смонтированными заранее.
6
Известен учебный стенд по электронике, работа которого основана на использовании панелей с контрольными гнездами, на которых из электронных элементов смонтированы аналоговые схемы моделируемых функциональных узлов для одной лабораторной работы (Пат. 2067779, Российская Федерация, МПК G09B 23/18. Учебный стенд по электронике / Яндоло В.Д., Дрейслер С.И.; патентообладатель Малое государственное предприятие "Харьковский политехнический институт - системы управления и автоматического регулирования". - №504678/12; заявл. 10.06.1992; опубл. 10.10.1996, Бюл. №28).
Учебный стенд по электронике содержит корпус, внутри которого установлены блок питания, источник входных сигналов (генератор синусоидальных сигналов), источник напряжения задания (блок регулируемого напряжения) и на лицевой стороне которого размещены панель с сигнальными гнездами (макетное поле), блок развертывания временной оси отображаемых сигналов (переключатель частоты), устройство визуализации и набор электрических схем.
Панель с сигнальными гнездами представляет собой диэлектрическую пластину с несвязанными между собой сигнальными гнездами.
Каждая электрическая схема из набора представляет собой аналоговую электрическую схему взаимосвязанных функциональных узлов для каждого вида лабораторной работы. Первый и второй выходы каждой электрической схемы выведены для подключения к панели с сигнальными гнездами.
В качестве устройства визуализации выбран многоканальный осциллограф, предназначенный для визуализации формы исследуемого сигнала.
Вход блока питания соединен с сетью переменного напряжения 220 В. Первый выход блока питания соединен с входом источника входных сигналов, второй его выход соединен с входом источника задания напряжения. Выход источника входных сигналов соединен с входом блока развертывания временной оси отображаемых сигналов. Выход блока развертывания временной оси отображаемых сигналов выведен на сигнальные гнезда панели. Выход источника напряжения задания выведен на сигнальные гнезда панели.
Работа учебного стенда по электронике рассмотрена на примерах выполнения различных лабораторных работ по электронике.
Пример 1. Лабораторная работа: Исследование зависимости входного сигнала от способа включения диода в цепь.
Для проведения лабораторной работы выбирается заранее выполненная электрическая схема с диодом КД417А. Первый и второй выходы электрической схемы подключены к панели с сигнальными гнездами.
Задание 1. Исследование прямого включения диода.
Анод диода вставляется в первое сигнальное гнездо панели. Катод диода вставляется во второе сигнальное гнездо панели. В результате получили замкнутую электрическую цепь с прямым включением диода.
При подключении входной сигнал поступает на блок питания и через источник напряжения задания и сигнальные гнезда - на анод диода. Диод преобразует электрические параметры входного сигнала. Преобразованный сигнал с катода диода через сигнальные гнезда поступает на вход блока развертывания временной оси отображаемых сигналов, который фиксирует номинальное значение напряжения преобразованного сигнала.
В результате делается вывод, что при прямом включении диод открыт (через него течет прямой ток, он имеет малое сопротивление), и входной сигнал изменяется незначительно.
Задание 2. Исследование обратного включения диода.
Катод диода вставляется в первое сигнальное гнездо панели. Анод диода вставляется во второе сигнальное гнездо панели. В результате получили замкнутую электрическую цепь с прямым включением диода.
При подключении входной сигнал поступает на блок питания и через источник напряжения задания и сигнальные гнезда - на анод диода. Диод преобразует электрические параметры входного сигнала. Преобразованный сигнал с катода диода через сигнальные гнезда поступает на вход блока развертывания временной оси отображаемых сигналов, который фиксирует номинальное значение напряжения преобразованного сигнала.
В результате делается вывод, что при обратном включении диод закрыт (через него течет обратный ток, его сопротивление велико) и входной сигнал изменяется во многих случаях и может считаться равным нулю.
Пример 2. Лабораторная работа: Исследование зависимости напряжения входного сигнала при прохождении через неинвертирующий усилитель.
Для проведения лабораторной работы выбрана заранее выполненная электрическая схема неинвертирующего усилителя, состоящая из операционного усилителя LM 358, двух резисторов номинальными значениями 1000 и 2000 Ом.
Схема неинвертирующего усилителя вставляется в сигнальные гнезда панели. В результате получили замкнутую электрическую цепь для исследования зависимости входного сигнала при прохождении через заранее смонтированный неинвертирующий усилитель.
Задание 1. Регулятор амплитуды синусоидального сигнала устанавливается в крайнее левое положение.
При подключении входной сигнал поступает на блок питания и через источник напряжения задания и сигнальные гнезда - на схему усилителя. Схема изменяет входной сигнал. В результате с выхода схемы измененный сигнал через сигнальные гнезда поступает на вход блока развертывания временной оси отображаемых сигналов, который фиксирует малоизмененную форму входного сигнала.
При выбранном положении регулятора амплитуды форма измененного сигнала идентична форме входного сигнала, что свидетельствует о малой величине электрического сопротивления входному сигналу.
Задание 2. Регулятор амплитуды синусоидального сигнала устанавливается в крайнее правое положение.
При подключении входной сигнал поступает на блок питания и через источник напряжения задания и сигнальные гнезда - на неинвертирующий усилитель, который изменяет входной сигнал. В результате с выхода неинвертирующего усилителя измененный сигнал через сигнальные гнезда поступает на вход блока развертывания временной оси отображаемых сигналов, который фиксирует значительное искажение формы входного сигнала.
При выбранном положении регулятора амплитуды форма измененного сигнала значительно искажена по отношению к форме входного сигнала, что свидетельствует о большой величине электрического сопротивления входному сигналу.
В результате делается вывод, что при установке регулятора амплитуды синусоидального сигнала в крайние положения имитируются условия максимального и минимального электрического сопротивления входному сигналу. Такие условия необходимы для исследования входного сигнала при прохождении через неинвертирующий усилитель с большим входным электрическим сопротивлением.
Достоинство известного учебного стенда по электронике заключается в обеспечении возможности проведения лабораторных работ по электронике с заранее выполненными электрическими схемами.
Недостаток известного учебного стенда по электронике заключается в ограниченной вариантности проведения лабораторных работ по электронике, обусловленной проведением лабораторных работ только с заранее смонтированными аналоговыми электрическими схемами.
Наиболее близкий к заявляемому решению по совокупности существенных признаков является универсальный лабораторный стенд (учебный стенд по электронике), работа которого основана на использовании съемных картриджей, на которых из электронных элементов смонтированы аналоговые электрические схемы (Пат. 2418317, Российская Федерация, МПК G09B 23/18. Универсальный лабораторный стенд / Ведяшкин А.С., Скачков Ю.Н., Кондаурова Л.К., Козлов И.И., Козлов А.И.; патентообладатель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский пограничный институт Федеральной службы безопасности Российской федерации". - №2010117548/12; заявл. 30.04.2010; опубл. 10.05.2011, Бюл. №13).
Универсальный лабораторный стенд по электронике содержит корпус, внутри которого установлены источник питания (блок питания), функциональный генератор (генератор синусоидальных сигналов) и на лицевой стороне которого размещена панель для установки картриджей (макетное поле), частотомер (переключатель частоты синусоидального сигнала), регулятор амплитуды синусоидального сигнала, блок регулируемого напряжения, регулятор уровня постоянного напряжения, индикатор (датчики индикации), блок гнезд внешнего источника, два мультиметра, устройство визуализации и набор картриджей с электрическими схемами.
Каждый картридж из набора представляет собой заранее смонтированную аналоговую электрическую схему взаимосвязанных функциональных узлов для определенной лабораторной работы.
Панель для установки картриджей представляет собой диэлектрическую пластину с сигнальными гнездами, объединенными в группы, предназначенными для установки картриджей.
В качестве мультиметра выбраны типовые мультиметры марки, например, 9201, 9202, 8DT832B, предназначенные для измерения основных величин, постоянного и переменного напряжения и тока.
В качестве устройства визуализации выбран осциллограф, предназначенный для визуализации формы исследуемого сигнала.
Вход источника питания соединен с сетью переменного напряжения 220 В. Первый выход источника питания соединен с входом функционального генератора, второй выход соединен с блоком регулируемого напряжения. Первый выход функционального генератора соединен с входом переключателя частоты синусоидального сигнала. Второй выход функционального генератора - с входом регулятора амплитуды синусоидального сигнала. Третий выход функционального генератора - с входом переключателя частоты синусоидального сигнала. Выход переключателя частоты синусоидального сигнала выведен на сигнальные гнезда панели для установки картриджей. Выход блока регулируемого напряжения соединен входом регулятора уровня постоянного напряжения, выход регулятора уровня постоянного напряжения - с сигнальными гнездами панели для установки картриджей. Выход блока с гнездами внешнего источника соединен с входом индикатора, выход индикатора заземлен. Выход регулятора синусоидальных сигналов выведен на сигнальные гнезда панели для установки картриджей. Выход осциллографа связан с исследуемым элементом электроники.
Работа универсального лабораторного стенда по электронике рассмотрена на примерах выполнения различных лабораторных работ по электронике.
Пример 1. Лабораторная работа: Исследование зависимости входного сигнала от способа включения диода в цепь.
Для проведения лабораторной работы выбрана заранее смонтированная на картридже электрическая схема с диодом КД417А.
Картридж с упомянутой схемой вставляется в сигнальные гнезда панели для установки картриджей.
Задание 1. Исследование прямого включения диода.
Анод диода вставляется, например, в первое сигнальное гнездо панели для установки картриджей, а катод - во второе сигнальное гнездо панели для установки картриджей.
При подключении входной сигнал поступает на блок питания и через блок регулируемого напряжения и сигнальные гнезда панели для установки картриджей - на анод диода. Диод преобразует электрические параметры входного сигнала. Преобразованный сигнал с катода диода через сигнальные гнезда поступает на вход мультиметра, который фиксирует номинальное значение напряжения преобразованного сигнала.
В результате делается вывод, что при прямом включении диод открыт (через него течет прямой ток, он имеет малое сопротивление), и входной сигнал изменяет незначительно номинальное значение напряжения.
Задание 2. Исследование обратного включения диода.
Катод диода вставляется, например, в первое сигнальное гнездо панели для установки картриджей, а анод - во второе сигнальное гнездо панели для установки картриджей.
При подключении входной сигнал поступает на блок питания и через блок регулируемого напряжения и сигнальные гнезда панели для установки картриджей - на катод диода. Диод преобразует электрические параметры входного сигнала. Преобразованный сигнал с анода диода через сигнальные гнезда поступает на вход мультиметра, который фиксирует номинальное значение напряжения преобразованного сигнала.
В результате делается вывод, что при обратном включении диод закрыт (через него течет обратный ток, его сопротивление велико) и напряжение входного сигнала во многих случаях может считаться равным нулю.
Пример 2. Лабораторная работа: Исследование зависимости напряжения входного сигнала при прохождении через неинвертирующий усилитель.
Для проведения лабораторной работы выбран картридж с заранее смонтированной электрической схемой неинвертирующего усилителя, состоящий из операционного усилителя LM 358, двух резисторов номинальными значениями 1000 и 2000 Ом.
Картридж с упомянутой схемой вставляется в сигнальные гнезда панели для установки картриджей. В результате получили замкнутую электрическую цепь для исследования зависимости входного сигнала при прохождении через неинвертирующий усилитель.
Задание 1. Регулятор амплитуды синусоидального сигнала устанавливается в крайнее левое положение, а частотомер - в среднее положение.
При подключении входной сигнал поступает на блок питания и через функциональный генератор, регулятор амплитуды синусоидального сигнала, частотомер и группу сигнальных гнезд панели для установки картриджей - на вход неинвертирующего усилителя. В нем происходит изменение входного сигнала. В результате с выхода неинвертирующего усилителя измененный сигнал поступает на вход устройства визуализации, которое фиксирует форму измененного входного сигнала.
В результате делается вывод, что при выбранном положении регулятора амплитуды синусоидального сигнала и частотомера форма измененного сигнала идентична форме входного сигнала, что свидетельствует о малой величине электрического сопротивления.
Задание 2. Регулятор амплитуды синусоидального сигнала устанавливается в крайнее правое, а частотомер - в среднее положение.
При подключении входной сигнал поступает на блок питания и через функциональный генератор, регулятор амплитуды синусоидального сигнала, частотомер и группу сигнальных гнезд панели для установки картриджей - на вход неинвертирующего усилителя. В нем происходит изменение входного сигнала. В результате с выхода неинвертирующего усилителя измененный сигнал поступает на вход устройства визуализации, которое фиксирует форму измененного входного сигнала.
В результате делается вывод, что при выбранном положении регулятора амплитуды синусоидального сигнала и частотомера форма измененного сигнала значительно отличается по отношению к входному сигналу, что свидетельствует о большой величине электрического сопротивления.
Задание 3. Частотомер устанавливается в крайнее левое положение, а регулятор амплитуды синусоидального сигнала - в среднее положение.
При подключении входной сигнал поступает на блок питания и через функциональный генератор, регулятор амплитуды синусоидального сигнала, частотомер и группу сигнальных гнезд панели для установки картриджей - на вход неинвертирующего усилителя. В нем происходит изменение входного сигнала. В результате с выхода неинвертирующего усилителя измененный сигнал поступает на вход устройства визуализации, которое фиксирует форму измененного входного сигнала.
В результате делается вывод, что при выбранном положении регулятора амплитуды синусоидального сигнала и частотомера форма измененного сигнала идентична входному сигналу, что свидетельствует о малом влиянии нижних частот на неинвертирующий усилитель.
Задание 4. Частотомер устанавливается в крайнее правое положение, а регулятор амплитуды синусоидального сигнала - в среднее положение.
При подключении входной сигнал поступает на блок питания и через функциональный генератор, регулятор амплитуды синусоидального сигнала, частотомер и группу сигнальных гнезд панели для установки картриджей - на вход неинвертирующего усилителя. В нем происходит изменение входного сигнала. В результате с выхода неинвертирующего усилителя измененный сигнал поступает на вход устройства визуализации, которое фиксирует форму измененного входного сигнала. При выбранном положении регулятора амплитуды синусоидального сигнала и частотомера фиксируется усиление входного сигнала на высоких частотах и на устройстве визуализации наблюдается измененный сигнал, совершенно не похожий на входной сигнал.
С помощью использования частотомера и регулятора амплитуды синусоидальных сигналов на картриджах с заранее смонтированными электрическими схемами удается исследовать зависимость входного сигнала при прохождении через неинвертирующий усилитель. В ходе проведения работы на устройстве визуализации наглядно видно изменения входного сигнала при изменении частоты и амплитуды входного сигнала.
Достоинство известного универсального лабораторного стенда по электронике заключается в расширении вариантности проведения лабораторных работ по электронике за счет проведения лабораторных работ как с простыми, так и сложными заранее выполненными аналоговыми электрическими схемами.
Недостаток известного универсального лабораторного стенда заключается в ограниченной вариантности проведения лабораторных работ по электронике, обусловленной проведением лабораторных работ только с заранее выполненными аналоговыми электрическими схемами.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в разработке учебного стенда по электронике, обеспечивающего увеличение вариантности проведения лабораторных работ по электронике за счет проведения любых лабораторных работ как с аналоговыми, так и с цифровыми электрическими схемами, монтируемыми в ходе их проведения.
Для решения поставленной задачи в учебный стенд по электронике, содержащий корпус, внутри которого установлены блок питания, генератор синусоидальных сигналов и на лицевой стороне которого размещены макетное поле, переключатель частоты синусоидального сигнала, регулятор амплитуды синусоидального сигнала, блок регулируемого напряжения, регулятор уровня постоянного напряжения, два мультиметра, устройство визуализации и датчики индикации, при этом макетное поле представляет собой диэлектрическую пластину с сигнальными гнездами, объединенными в группы, вход блока питания подключен к сети переменного напряжения, один выход которого подключен к входу генератора синусоидальных сигналов, другой - к входу блока регулируемого напряжения, один из выходов генератора синусоидальных сигналов соединен с входом регулятора амплитуды синусоидального сигнала, другой его выход - с входом регулятора частоты синусоидального сигнала, третий - к входу переключателя частоты синусоидального сигнала, выход переключателя частоты синусоидального сигнала выведен на вход сигнальных гнезд макетного поля, первый выход блока регулируемого напряжения соединен с входом регулятора постоянного напряжения, а его выход выведен на вход сигнальных гнезд макетного поля, выход регулятора амплитуды синусоидального сигнала выведен на вход сигнальных гнезд макетного поля, выход датчиков индикации и выходы мультиметров заземлены, устройство визуализации связано с исследуемым элементом электроники, в него введены генератор прямоугольных импульсов, генератор логического 0 или 1 и второй регулятор уровня постоянного напряжения, при этом в качестве макетного поля выбрано макетное поле марки MS-102 с сигнальными гнездами, объединенными в группы, предназначенными для подачи входного сигнала различной формы на исследуемую электрическую схему, с монтажными гнездами, предназначенными для установки исследуемых элементов электроники и с шинами питания, третий выход блока питания подключен к входу генератора прямоугольных импульсов, четвертый выход - к входу генератора логических сигналов, пятый, шестой и седьмой его выходы выведены на соответствующие входы шин питания макетного поля, а восьмой его выход подключен к входу устройства визуализации, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с входом регулятора частоты прямоугольных импульсов, выход генератора логических сигналов подключен к входу одной из групп сигнальных гнезд макетного поля, второй выход блока регулируемого напряжения подключен к входу второго регулятора уровня постоянного напряжения.
Совокупность существенных признаков заявляемого учебного стенда отличается от совокупности существенных признаков известного учебного стенда введением новых конструктивных элементов, новой формой выполнения конструктивных элементов и новой взаимосвязью конструктивных элементов.
Введение в учебный стенд по электронике генератора прямоугольных импульсов, генератора логического 0 или 1 и второго регулятора уровня постоянного напряжения, в качестве макетного поля выбрано макетное поле марки MS-102 с сигнальными гнездами, объединенными в группы, предназначенными для подачи входного сигнала различной формы на исследуемую электрическую схему, с монтажными гнездами, предназначенными для установки исследуемых элементов электроники и с шинами питания, подключение третьего выхода блока питания к входу генератора прямоугольных импульсов, четвертого выхода - к входу генератора логических сигналов, вывод пятого, шестого и седьмого его выходов на соответствующие входы шин питания макетного поля, подключение восьмого его выхода к входу устройства визуализации, соединение выхода генератора прямоугольных импульсов с входом регулятора частоты прямоугольных импульсов, выхода генератора логических сигналов - с входом одной из групп сигнальных гнезд макетного поля, а также второго выхода блока регулируемого напряжения - к входу второго регулятора уровня постоянного напряжения приводит к увеличению вариантности проведения лабораторных работ по электронике за счет проведения любых лабораторных работ как с аналоговыми, так и с цифровыми электрическими схемами, монтируемыми в ходе их проведения.
Наличие существенных отличительных признаков в совокупности существенных признаков заявляемого учебного стенда свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности полезной модели «новизна».
На фиг 1. представлена структурная схема учебного стенда по электронике, иллюстрирующая работоспособность и «промышленную применимость» заявляемого устройства.
Учебный стенд по электронике содержит корпус 1, внутри которого установлены блок питания 2, генератор синусоидальных сигналов 3, генератор прямоугольных импульсов 4 и генератор 5 логического 0 или 1, и на лицевой стороне которого размещены макетное поле 6, два регулятора уровня постоянного напряжения 7, 8, регулятор частоты прямоугольных импульсов 9, регулятор частоты синусоидального сигнала 10, регулятор амплитуды синусоидального сигнала 11, переключатель частоты синусоидального сигнала 12, блок регулируемого напряжения 13, первый 14 и второй 15 мультиметры, устройство визуализации 16 и датчики индикации 17.
В качестве макетного поля 6 выбрано макетное поле марки MS-102, представляющее собой диэлектрическую пластину с шинами питания 18, 19, 20, 21, с сигнальными гнездами, объединенными в группы 22-30, предназначенными для вывода различных форм сигнала на собранную электрическую схему и для вывода состояния соединений функциональных электрических узлов этой схемы, а также с монтажными гнездами 31, предназначенными для установки исследуемых элементов электроники.
Каждая группа сигнальных гнезд 22-30 включает в себя, по крайней мере, восемь сигнальных гнезд, которые между собой соединены последовательно.
Монтажные гнезда 31 образуют нижние и верхние ряды гнезд, разделенных между собой разделительной диэлектрической полосой, при этом в нижнем и верхнем ряду гнезда соединены между собой последовательно.
Группа гнезд шин питания 18, 19, 20 предназначена для выдачи различных номинальных значений напряжения, необходимого для питания исследуемых элементов электроники или исследуемых цифровых и аналоговых схем.
Группа гнезд шины питания 21 предназначена для соблюдения условия замкнутости любой электрической цепи и соединена с землей.
В качестве устройства визуализации 16 выбран, например, одноканальный осциллограф марки DSO-112 с сенсорным управлением, предназначенный для визуализации формы исследуемого сигнала.
В качестве мультиметра выбран мультиметр, например, марки 8DT832B, предназначенный для измерения основных величин, постоянного и переменного напряжения и тока.
Вход блока питания 2 соединен с сетью переменного напряжения 220 В.
Первый выход блока питания 2 подключен к входу генератора синусоидальных сигналов 3, второй его выход - к входу блока регулируемого напряжения 13, третий выход блока питания подключен к входу генератора прямоугольных импульсов 4, четвертый выход - к входу генератора логических сигналов 5, пятый, шестой и седьмой его выходы выведены на соответствующие входы шин питания 18, 19, 20 макетного поля 6, восьмой его выход подключен к входу устройства визуализации 16.
Первый выход генератора синусоидальных сигналов 3 подключен к входу регулятора амплитуды синусоидального сигнала 10, второй его выход - к входу регулятора частоты синусоидального сигнала 11, третий его выход - к входу переключателя частоты синусоидального сигнала 12. Выход генератора прямоугольных импульсов 4 соединен с входом регулятора частоты прямоугольных импульсов 9. Выход генератора логических сигналов 5 соединен с входом группы сигнальных гнезд 22 макетного поля 6. Выход переключателя частоты синусоидального сигнала 12 выведен на второй вход 25 сигнальных гнезд макетного поля 6. Первый выход блока регулируемого напряжения 13 соединен с входом регулятора постоянного напряжения 8, второй его выход - с входом регулятора постоянного напряжения 7. Выход регулятора амплитуды синусоидального сигнала 10 выведен на вход сигнальных гнезд 24 макетного поля 6, выход регулятора частоты синусоидального сигнала 11 - на вход сигнальных гнезд 23 макетного поля 6, выход регулятора частоты прямоугольных импульсов 9 - на первый вход сигнальных гнезд 25 макетного поля 6, выход регулятора постоянного напряжения 8 - на вход сигнальных гнезд 28 макетного поля 6, выход регулятора постоянного напряжения 7 - на вход сигнальных гнезд 29 макетного поля 6. Выход группы сигнальных гнезд 22 макетного поля 6 соединен с входом датчиков индикации 17, выход датчиков индикации 17 заземлен. Выход сигнальных гнезд 26 макетного поля 6 соединен с входом первого мультиметра 14. Выход сигнальных гнезд 27 макетного поля 6 соединен с входом второго мультиметра 15. Выход сигнальных гнезд 30 макетного поля 6 соединен с входом устройства визуализации 16. Выход первого 14 и второго мультиметра 15 заземлен. Выход устройства визуализации 16 заземлен.
Работа учебного стенда по электронике рассмотрена на примерах выполнения различных лабораторных работ по электронике.
Пример 1. Лабораторная работа: Исследование зависимости входного сигнала от способа включения диода в цепь.
В качестве исследуемого диода выбран диод, например, КД417А.
Для получения замкнутой цепи упомянутый диод вставляется в два любых соседних монтажных гнезда 31 верхнего ряда макетного поля 6.
Задание 1. Исследование прямого включения диода.
Анод исследуемого диода соединяется с помощью соединительных проводов с входом группы сигнальных гнезд 28 макетного поля 6. Катод исследуемого диода соединяется с помощью соединительных проводов с группой сигнальных гнезд 26 макетного поля 6. В итоге получили замкнутую электрическую цепь с прямым включением диода.
При подключении к сети сигнал поступает на блок питания 2 и через блок регулируемого напряжения 13 и регулятор постоянного напряжения 5 - на группу сигнальных гнезд 28 и анод диода. Диод преобразует электрические параметры входного сигнала. Преобразованный сигнал с катода диода через группу сигнальных гнезд 26 поступает на мультиметр 14, который фиксирует номинальное значение напряжения преобразованного сигнала.
В результате делается вывод, что при прямом включении диод открыт (через него течет прямой ток, он имеет малое сопротивление), и входной сигнал изменяется незначительно.
Задание 2. Исследование обратного включения диода.
Катод исследуемого диода соединяется с помощью соединительных проводов с входом группы сигнальных гнезд 28 макетного поля 6. Анод исследуемого диода соединяется с помощью соединительных проводов с группой сигнальных гнезд 26 макетного поля 6. В результате получили замкнутую электрическую цепь с обратным включением диода.
При подключении к сети сигнал поступает на блок питания 2 и через блок регулируемого напряжения 13 и регулятор постоянного напряжения 5 - на группу сигнальных гнезд 28 и катод диода. Диод преобразует электрические параметры входного сигнала. Преобразованный сигнал с анода диода через группу сигнальных гнезд 26 поступает на мультиметр 14, который фиксирует нулевое значение напряжения преобразованного сигнала.
В результате делается вывод, что при обратном включении диод закрыт (через него течет обратный ток, его сопротивление велико) и входной сигнал изменяется во многих случаях и может считаться равным нулю.
Пример 2. Лабораторная работа: Исследование зависимости напряжения входного сигнала при прохождении через неинвертирующий усилитель.
Для получения неинвертирующего усилителя выбрана одна из наиболее популярных электрических цепей, состоящая из операционного усилителя, например, марки LM 358, двух резисторов номинальными значениями 1000 и 2000 Ом.
Операционный усилитель вставляется в три любых монтажных гнезда 31 верхнего ряда макетного поля 6.
Первый резистор номиналом 1000 Ом вставляется в монтажное гнездо 31 макетного поля 6, последовательно соединенное с первым входом операционного усилителя. При этом первый выход резистора оказывается соединенным с входом операционного усилителя, второй выход первого резистора - с шиной питания 21 (землей).
Второй резистор номиналом 2000 Ом вставляется в любые два монтажных гнезда 31 макетного поля 6. Первый выход этого резистора подключается с помощью соединительных проводов к гнезду первого резистора и через него - к первому входу операционного усилителя. Второй его выход с помощью соединительных проводов подключается к гнезду выхода операционного усилителя.
Задание 1. Регулятор амплитуды синусоидального сигнала устанавливается в крайнее левое положение, а регулятор частоты - в среднее положение.
С выходов группы сигнальных гнезд 23 и 24 входной сигнал поступает на монтажное гнездо 31 макетного поля 6, последовательно соединенное с гнездом второго входа операционного усилителя. Измененный входной сигнал с выхода операционного усилителя через группу сигнальных гнезд 30 поступает на вход устройство визуализации 16. В результате получили замкнутую электрическую цепь для исследования зависимости входного сигнала при прохождении через неинвертирующий усилитель.
При подключении к сети сигнал поступает на блок питания 2 и через генератор синусоидальных сигналов 3, регуляторы частоты синусоидального сигнала 11 амплитуды синусоидального сигнала 10 и группу сигнальных гнезд 23 и 24 поступает на вход операционного усилителя. С выхода операционного усилителя измененный сигнал через группу сигнальных гнезд 30 поступает на вход устройства визуализации 16, которое фиксирует форму измененного входного сигнала.
В результате делается вывод, что при выбранном положении регуляторов амплитуды синусоидального сигнала и частоты синусоидального сигнала форма измененного сигнала идентична форме входного сигнала, что свидетельствует о малой величине электрического сопротивления.
Задание 2. Регулятор амплитуды синусоидального сигнала устанавливается в крайнее правое положение, а регулятор частоты - в среднее положение.
С выходов группы сигнальных гнезд 23 и 24 входной сигнал поступает на монтажное гнездо 31 макетного поля 6, последовательно соединенное с гнездом второго входа операционного усилителя.
Измененный входной сигнал с выхода операционного усилителя через группу сигнальных гнезд 30 поступает на вход устройства визуализации 16. В итоге получили замкнутую электрическую цепь для исследования зависимости входного сигнала при прохождении через неинвертирующий усилитель.
При подключении к сети сигнал поступает на блок питания 2 и через генератор синусоидальных сигналов 3, регуляторы частоты синусоидального сигнала 11 амплитуды синусоидального сигнала 10 и группу сигнальных гнезд 23 и 24 поступает на вход операционного усилителя. С выхода операционного усилителя измененный сигнал через группу сигнальных гнезд 30 поступает на вход устройства визуализации 16, которое фиксирует форму измененного входного сигнала.
В результате делается вывод, что при выбранном положении регуляторов амплитуды синусоидального сигнала и частоты синусоидального сигнала форма измененного сигнала значительно отличается по отношению к входному сигналу, что свидетельствует о большой величине электрического сопротивления.
Задание 3. Регулятор частоты синусоидального сигнала устанавливается в крайнее левое положение, а регулятор амплитуды синусоидального сигнала - в среднее положение.
С выходов группы сигнальных гнезд 23 и 24 входной сигнал поступает на монтажное гнездо 31 макетного поля 6, последовательно соединенное с гнездом второго входа операционного усилителя. Измененный входной сигнал с выхода операционного усилителя через группу сигнальных гнезд 30 поступает на вход устройства визуализации 16. В итоге получили замкнутую электрическую цепь для исследования зависимости входного сигнала при прохождении через неинвертирующий усилитель.
При подключении к сети сигнал поступает на блок питания 2 и через генератор синусоидальных сигналов 3, регуляторы частоты синусоидального сигнала 11 амплитуды синусоидального сигнала 10 и группу сигнальных гнезд 23 и 24 поступает на вход операционного усилителя. С выхода операционного усилителя измененный сигнал через группу сигнальных гнезд 30 поступает на вход устройства визуализации 16, который фиксирует форму измененного входного сигнала.
В результате делается вывод, что при выбранном положении регуляторов амплитуды синусоидального сигнала и частоты синусоидального сигнала форма измененного сигнала идентична входному сигналу, что свидетельствует о малом влиянии нижних частот на неинвертирующий усилитель.
Задание 4. Регулятор частоты синусоидального сигнала устанавливается в крайнее правое положение, а регулятор амплитуды синусоидального сигнала - в среднее положение.
С выходов группы сигнальных гнезд 23 и 24 входной сигнал поступает на монтажное гнездо 31 макетного поля 6, последовательно соединенное с гнездом второго входа операционного усилителя. Измененный входной сигнал с выхода операционного усилителя через группу сигнальных гнезд 30 поступает на вход устройства визуализации 16. В итоге получили замкнутую электрическую цепь для исследования зависимости входного сигнала при прохождении через неинвертирующий усилитель.
При подключении к сети сигнал поступает на блок питания 2 и через генератор синусоидальных сигналов 3, регуляторы частоты синусоидального сигнала 11 амплитуды синусоидального сигнала 10 и группу сигнальных гнезд 23 и 24 поступает на вход операционного усилителя. С выхода операционного усилителя измененный сигнал через группу сигнальных гнезд 30 поступает на вход устройства визуализации 16, который фиксирует форму измененного входного сигнала.
В результате делается вывод, что при выбранном положении регуляторов амплитуды синусоидального сигнала и частоты синусоидального сигнала фиксируется усиление входного сигнала на высоких частотах и на устройстве визуализации наблюдается измененный сигнал, совершенно не похожий на входной сигнал.
Пример 3. Лабораторная работа: Исследование работы цифровых логических схем.
В качестве исследуемых цифровых схем используются логические электрические схемы, которые состоят из микросхемы с логическими элементами, например, "И-НЕ".
Для получения замкнутой цепи упомянутая микросхема с логическими элементами "И-НЕ" вставляется в три любых монтажных гнезда 31 макетного поля 6.
Первый вход микросхемы соединяется с помощью соединительных проводов с входом группы сигнальных гнезд 22. Второй вход микросхемы - с помощью соединительных проводов с группой гнезд шины питания 21 (землей).
Выход микросхемы соединяется с помощью соединительных проводов с выходом группы сигнальных гнезд 22 и датчиками индикации 17.
При подключении к сети сигнал поступает на блок питания 2 и через генератор логических сигналов 5, а также через вход группы сигнальных гнезд 22 поступает на вход микросхемы "И-НЕ". Логическая микросхема преобразует входной сигнал в логическую 1 или 0 и через выход группы сигнальных гнезд 22 преобразованный сигнал поступает на датчики индикации
Задание 1. На выходе генератора логических сигналов устанавливается номинальное значение напряжение величиной 4 В.
При подключении к сети сигнал поступает на блок питания 2 и через генератор логических сигналов 5, а также через вход группы сигнальных гнезд 22 поступает на вход микросхемы "И-НЕ". Логическая микросхема преобразует входной сигнал в логическую 1 и через выход группы сигнальных гнезд 22 преобразованный сигнал поступает на датчики индикации, которые сигнализируют наличие логической 1.
В результате делается вывод, что при напряжении входного сигнала 4 В логическая микросхема преобразует входной сигнал в логическую единицу и напряжения логической единицы хватает для горения датчиков индикации.
Задание 2. На выходе генератора логических сигналов устанавливается номинальное значение напряжения величиной 0,3 В.
При подключении к сети сигнал поступает на блок питания 2 и через генератор логических сигналов 5, а также через вход группы сигнальных гнезд 22 поступает на вход микросхемы "И-НЕ". Логическая микросхема преобразует входной сигнал в логический 0 и через выход группы сигнальных гнезд 22 преобразованный сигнал поступает на датчики индикации, которые сигнализируют наличие логического 0.
В результате делается вывод, что при напряжении входного сигнала 0,3 В логическая микросхема преобразует входной сигнал в логический ноль и напряжения логического ноля не хватает для горения датчиков индикации.
Использование заявляемого учебного стенда по электронике расширяет функциональные возможности, увеличивает вариантность проведения лабораторных работ по электронике и позволяет проводить любые лабораторные работы как с аналоговыми, так и с цифровыми электрическими схемами, монтируемыми в ходе их проведения.