تشریح کامل آزمایشگاه الکترونیک 1

به نام خدا

آز الکترونیک 1

جلسه ی اول

آشنایی مقدماتی :

تسلط به آزمایشگاه فیزیک یک و اندازه گیری از جمله:
رنگ مقاومت ها:

طرز استفاده ی صحیح از اهمتر: مثلا هنگام اندازه گیری با اهمتر حتما از برد آزمایشگاهی استفاده کنید. به رنج اهمتر نیز توجه داشته باشید. Overload ، مفهوم آن و نحوه ی نمایش آن را از دفترچه ی مولتی متر یاد بگیرید.
بر روی منابع توجه داشته باشید که GND برای حفاظت است و ولوم Current برای محدود کردن حداکثر جریان. (در صورتی که بار بیشتر از این مقدار مصرف کند خروجی صفر خواهد شد و از این نظر می توان به عنوان محافظ از آن استفاده کرد)
در آزمایشگاه الکترونیک 1 وضعیت های SER و PAR استفاده نمی شوند و فقط کلید STANDYBY گاهی کاربرد دارد.
از مقاومت برای محدود کردن ولتاژ و جریان استفاده می شود (وظیفه ی اصلی مقاومت) ولی تا جایی که بتوانیم از این المان استفاده نمی کنیم چون باعث ایجاد تلفات و در نتیجه توان مصرفی مدار می شود.
از نظر قیمت، قیمت یک مقاومت 0.5 اهم رایج در آزمایشگاه بسیار ناچیز است ولی در هنگام تهیه ی یک مقاومت به غیر از مقدار اهمی آن باید به موارد دیگری از جمله توان قابل تحمل توسط آن توجه داشت.
در یک مدار فرضی ممکن است هنگام طراحی مقدار توان مصرفی مقاومت 8 وات و مقدار آن 0.5 اهم محاسبه گردد. با توجه به وجود خطا در یک مدار واقعی هنگام تهیه ی مقاومت باید در خواست یک مقاومت 0.5 اهم و 10 وات کنیم.
بنابراین قبل از بستن مدار باید توان مقاومت های بکار رفته در آن مدار را محاسبه کنیم.
برای بالا بردن توان مقاومت ها می توان از موازی کردن آن ها استفاده کرد.
مقاومت هایی که مقدار آن ها متغیر است:
VDR: مقاومت متغیر با ولتاژ دو سر آن (این نوع از مقاومت ها در مدار ورودی تلوزیون و تلفن که با ولتاژهای ضربه و کلید زنی رو به رو هستند کاربرد دارد.
دیود:
به هر پیوند P-N یک دیود می گویند.
اگر آند به ولتاژی بزرگتر از کاتد وصل شود آنگاه بایاس مستقیم است و برعکس آن بایاس معکوس.
انواع دیودها:

1- دیود های یکسوساز معمولی
2- زنر
3- نورانی
4- خازنی
5- تونلی
6- نوری
که هر یک علامت مداری مربوط به خود را دارند:

در دیود خازنی ظرفیت خازنی با تغییر ولتاژ دو سر آن تغییر می کند.

دیود تونلی می تواند از خود مقاومت معکوس نشان دهد. منحنی مشخصه ی آن به صورت زیر است:

یک دیود معمولی می تواند برای یکسوسازی و یا حفاظت در مقابل پلاریته ی اشتباه به کار رود.
دیود های زنر در تنظیم ولتاژ می توانند مفید باشند.

منحنی مشخصه ی دیود زنر:

مثلا فرض کنید می خواهیم تعدادی لامپ با توان های مختلف را تست کنیم. اگر این لامپ ها به پلاریته حساس باشند می توان با دیود معمولی از معکوس وصل شدن منبع به دو سر مدار جلوگیری کرد. در عین حال چون در چنین مداری برای محدود کردن جریان باید از مقاومت های مختلفی برای هر نوع لامپ استفاده شود می توان از یک دیود زنر به منظور حفاظت استفاده کرد.
هنگام خرید یک دیود باید مشخصات دیگری به غیر از نوع دیود نیز بدهیم. از جمله ID، VD و PMax و پس از مشخص شدن این مقادیر به دفترچه ی راهنمای دیود مراجعه می کنیم و از روی آن شماره ی دیود مورد نظر را بدست می آوریم.
برای نامگذاری دیودها چند روش وجود دارد.
• استاندارد امریکایی که در آن شماره گذاری دیود ها از 1N4001 و 1N4002 شروع و ادامه پیدا می کند.
• استاندارد اروپایی که در آن نام هر دیود با دو حرف لاتین شروع شده و به یک شماره ختم می شود.
• استاندارد ژاپن که در آن شماره گذاری با 1S شروع شده و به یک شماره ختم می شود.
دیود های زنر علاوه بر شماره به نام ولتاژ شکست خود نیز معروفند.
مشخصات دیود های را می توانید از طریق اینترنت پیدا کنید.
بررسی رفتار یک دیود معمولی از روی منحنی مشخصه:
برای این کار می توان از روش نقطه یابی استفاده کرد.
اولین آزمایش بدست آوردن مشخصه ی دیود های معمولی و زنر با استفاده از نقطه یابی و نیز با استفاده از اسکوپ است.
دیود یک المان غیر خطی یک طرفه است.

معادله مشخصه ی دیود:

iD≈IS (e^(VD/(ηVT ))-1)

که در آن IS جریان اشباع معکوس است و 1<η<2، یک پارامتر ثابت است که به جنس دیود و ساختار فیزیکی آن بستگی دارد. معمولا برای سیلیکون 1.4 و برای ژرمانیوم 1 به کار می رود.
VT به صورت زیر تعریف می شود:

VT=KT/q

در اینجا K ثابت بولتزمن، T دما بر حسب کلوین و q بار الکترون است.
در دمای معمولی (25°C) VT≈26¬¬mV بدست می آید.
در حالت بایاس معکوس با وجود تغییرات زیاد ولتاژ جریان تغییر زیادی نمی کند بالعکس در حالت هدایت، ولتاژ دو سر آن با تغییرات جریان تغییر چندانی نمی کند.
منظور از یکطرفه بودن دیود این است که آند و کاتد آن باید در نظر گرفته شوند. (مشخصات آن نسبت به سرهای انتخابی فرق می کند)
در زیر چند نمونه از دیودهای واقعی را مشاهده می کنید:
دیود معمولی و نماد آن:

به نام خدا
آز الکترونیک 1
جلسه ی دوم

رسم منحنی مشخصه ی دیود معمولی و زنر به روش نقطه یابی و با اسیلوسکوپ:
منحنی مشخصه ی یک دیود معمولی:

منحنی مشخصه ی یک دیود زنر:

در این منحنی ها، V¬¬γ ¬ولتاژ آستانه ی هدایت دیود، I¬s جریان نشتی در بایاس معکوس، VBK ولتاژ شکست و VZ ولتاژ شکست زنر است.
تست دیود:
براي تست ديودي با استفاده از مولتي متر مثبت به آند و منفي (com) به كاتد متصل می شود. اگر سالم باشد يك عدد ن 0.7 تا 0.5 نشان ميدهد، ولی اگر سوخته باشد، عدد 1 را نشان ميدهد.

شرح آزمایش:
ابتدا منحنی مشخصه ها را به وسیله ی نقطه یابی بدست می آوریم، برای این کار مدار زیر را بسته و با تغییر منبع ولتاژ متغیر از صفر تا 20 ولت، در هر مرحله جریان دیود را که با جریان مقاومت برابر است بدست می آوریم.

نتایج آزمایش دیود معمولی، در بایاس مستقیم:

نتایج آزمایش دیود معمولی و در بایاس معکوس:

با توجه به نتایج بدست آمده می توان منحنی مشخصه ی یک دیود معمولی را به صورت زیر رسم کرد:

نتایج حاصل از آزمایش دیود زنر در بایاس معکوس:

با توجه به اینکه در بایاس مستقیم دیود زنر مانند دیود معمولی کار می کند می توان منحنی مشخصه ی آن را به صورت زیر رسم کرد:

از جدول شماره ی 1، برای نقطه ی کار VS=10V ، مقاومت استاتیک و دینامیک دیود را محاسبه کنید.

مشاهده ی مشخصه دیود زنر با استفاده از اسیلوسکوپ:
اسیلوسکوپ را در حالت x-y قرار داده و منحنی مشخصه را روی آن مشاهده می کنیم و ولتاژ شکست زنر را اندازه گیری می نماییم.
برای این کار مدار زیر را می بندیم:

توضیحات:
کلیدهای MODE و SOURCE و سایر کلید ها در حالت X-Y قرار گیرد. کوپلینگ در حالت DC باشد ولی قبل از آن با GND صفر نمودار تنظیم شود.
شکل مشاهده شده بر روی اسکوپ:

با توجه به اینکه کلید Volts/DIV برروی 2 است داریم:

ولتاژ شکست زنر = 3.4*2=6.8V

به نام خدا
آزمایشگاه الکترونیک
جلسه ی سوم
بررسی یکسو کننده های نیم موج و تمام موج:

برق شهری، برق ac است، ولی اکثر وسایل خانگی نیاز به برق DC دارند. (تمام ترانزیستور ها و به طور کلی ICها از برق DC استفاده می کنند.)
برای به دست آوردن یک ولتاژ DC مناسب استفاده از مراحل زیر مرسوم است:
1. تبدیل سطح ولتاژ ac به مقدار مورد نیاز توسط یک ترانسفورمر
2. استفاده از یک مدار یک سوساز (نیم موج یا تمام موج) (از خروجی این مرحله می توان برای یک مصرف کننده ی غیر حساس استفاده کرد)
3. استفاده از یک صافی خازنی
4. استفاده از رگلاتور یا تنظیم کننده

یادآوری:
اسیلوسکوپ یک پیک سنج است یعنی Vm را اندازه گیری می کند؛ مولتی متر ac یک موثر سنج است یعنی Vrms را اندازه می گیرد؛ مولتی متر DC یک متوسط سنج است یعنی VDC را اندازه می گیرد.

در یک یکسو کننده هر سه نوع این موج ها را داریم.

واضح است که مقدار DC یک سینوسی کامل صفر خواهد بود.
(نحوه محاسبه را یاد داشته باشید)
محاسبه ی Vrms برای یک سینوسی کامل:

با توجه به اینکه شکل کلی ولتاژهایی که ما با آنها سر و کار داریم به صورت Vm.sin(w.t) است، کافی است برای محاسبه ی مقادیر مذکور Vm را به وسیله ی اسیلوسکوپ اندازه بگیریم و در فرمول های مربوطه قرار دهیم.
مقادیر rms و DC برای چند شکل موج معمول:

یکسو کننده ی نیم موج:

1. مدار فوق را بسته و شکل موج ها را در اسیلوسکوپ مشاهده کنید.
2. جدول زیر را پر کنید.

3. روابط VDC و Vrms را برای ترانس و بار تحقیق کنید.
(هنگام بستن مدار به پلاریته ها توجه کنید – از کوپلینگ DC استفاده نمایید – ولتاژ های DC را با مولتی متر DC و ولتاژهای rms را با مولتی متر ac اندازه گیری می کنیم)
نتایج:

ولتاژ دو سر ترانس یک سینوسی کامل است پس داریم (طبق روابطی که قبلا اثبات شد):

یکسو کننده ی تمام موج:

می توان این شکل موج را با استفاده از ترانس سه سر نیز به دست آورد که ما در اینجا بررسی نمی کنیم.
مشخص است که سطح DC این موج بیشتر از حالت نیم موج است.
در بستن مدار به پایه های آند و کاتد دیود دقت کنید. (در صورت اشتباه احتمال سوختن دیود یا حتی ترانس وجود دارد)
1. مدار فوق را بسته ولتاژ خروجی را با اسیلوسکوپ مشاهده کرده و رسم نمایی و Vm را یادداشت کنید.
2. VDC و Vrms دو سر بارا را اندازه گیری نموده و روابط مربوط به آنها را چک کنید. (با توجه به اینکه از افت ولتاژ دو سر دیود صرف نظر شده است این روابط با 2 تا 3 ولت خطا قابل قبول خواهند بود)
نتایج:
مشاهده شده بر روی اسیلوسکوپ:

نکته(!): حالت تمام موج خطای بیشتری بین میزان اندازه گیری شده ی ولتاژ rms با اسیلوسکوپ و میزان اندازه گیری شده با مولتی متر دارد. (مقداری که با اسیلوسکوپ اندازه گیری می شود بسیار دقیق تر است)
اثر اضافه کردن صافی خازنی به مدار:
در این قسمت به دو سر بار یک خازن 220uF و 50V به صورت موازی وصل می کنیم. با توجه به اینکه ثابت زمانی مدار شارژ خازن (Τ=RC که R همان مقاومت دیود در حالت هدایت + مقاوت سیم ها است) خیلی کوچک است، خازن همزمان با منبع شارژ می شود. ولی مدار دشارژ که شامل خازن و مقاومت بار است ثابت زمانی خیلی بزرگتری دارد و خازن برای تخلیه شدن به زمان قابل توجهی نیاز دارد.
اگر مقاوت بار را از مدار خارج کنیم بر روی اسیلوسکوپ یک خط صاف مشاهده خواهیم کرد که نشان می دهد ریپل ولتاژ خروجی متاثر از بار است. (خازن تنها می تواند در بار تخلیه شود)
نکته: حتما به پلاریته ی پایه های خازن توجه کنید. (به طور معمول پایه ی بلند تر مثبت و پایه ی کوتاهتر منفی است و در عین حال پایه ی منفی بر روی بدنه خازن علامت گذازی شده)
در این مدار مشاهده خواهید کرد که با افزایش بار ریپل کاهش می یابد. بنابراین با افزایش جریان خروجی ولتاژ DC کمی کاهش می یابد.
شکل موج ها را به وسیله ی اسیلوسکوپ، یک بار در کوپلاژ DC و یک بار در کوپلاژ ac مشاهده کرده و رسم نمایید.
ولتاژ دو سر بار را با مولتی متر در حالتها ی ac و DC اندازه گیری کرده و یادداشت نمایید.
ضریب ریپل (α) را محاسبه کنید.
α=V_rms/VDC

نتایج بدست آمده:
با مشاهده ی شکل موج خروجی در کوپلاژهای DC و ac نتایج زیر حاصل شد:
(در کوپلاژ ac، مقدار DC موج حذف شده و فقط مقدار DC آن نمایش داده می شود ولی در کوپلاژ ac مقدار ac و DC موج با هم جمع شده و شکل کامل موج نمایش داده می شود)
با توجه به اینکه مقدار DC موج نسبت به ریپل آن خیلی زیاد است استفاده از کوپلاژ ac برای مشاهده ی ریپل به طور واضح ضروری است.
V_(m(DC))=3.4*5=18V

V_(m(ac))=1.8*0.2=0.36V
شکل موج مشاهده شده در کولاژ ac:

مقادیر اندازه گیری شده توسط مولتی متر:
V_DC=17.36V
V_rms=0.16V(rms)
محاسبه ی ضریب ریپل:
α=V_rms/V_DC =0.16/17.36*100≈1%
واضح است که هر چه این ضریب کوچکتر باشد بهتر است زیرا نشان می دهد که مقدار DC موج نسبت به ریپل آن بزرگتر است.

کاربرد های مدار یکسوکنند ی تمام موج با پل دیودی:
اگر توجه کرده باشید خط تلفن دارای ولتاژ DC است و مثبت و منفی آن فرق می کنند ولی ما به این مطلب هنگام وصل تلفن به پریز توجهی نمی کنیم. در واقع در ورودی تمام تلفن ها یک پل دیودی به کار رفته است. در یک پل دیودی به هر صورت هم که ورودی را وصل کنیم، خروجی همواره دارای پلاریته ی یکسانی خواهد بود.
پس یک کاربرد دیگر این مدار (به غیر از یکسوسازی برای ساختن ولتاژ DC از ac) حفاظت دستگاه های الکتریکی در مقابل پلاریته ی معکوس می باشد.

نکته:در این مدار PIV دیودها باید برابر با ولتاژ خروجی ترانس باشد.

منبع http://www.engineer-forum.com

تشریح کامل آزمایشگاه الکترونیک 1

تشریح کامل آزمایشگاه الکترونیک 1

مطالب مشابه :

کلاس حل تمرین الکترونیک 1

تشریح کامل آزمایشگاه الکترونیک 1

گزارش کار آز الکترونیک 1

الکترونیک عمومی 1

دانلود جزوه دروس الکترونیک 1 ،الکترونیک 2 ، الکترونیک 3

نمونه سوال حل شده الکترونیک 1(ترانزیستور)

تمرین درس الکترونیک 1

کتاب الکترونیک 1

تکالیف و خلاصه مطالب درسی