Лабораторний практикум

Міністерство освіти і науки України

Відокремлений структурний підрозділ

«Васильківський фаховий коледж

Національного авіаційного університету»

 

 

 

 

 

Навчальний посібник

 

для проведення лабораторних робіт з дисципліни:

 

«Електронні компоненти авіоніки»

 

 

 

 

 

Рекомендовано методичною радою ВСП “ВФК НАУ” та ухвалено в роботу педагогічною радою ВСП “ВФК НАУ”,  як навчальний посібник для студентів  освітньо-кваліфікаційного рівня «молодший бакалавр»

Спеціальності:

173 «Авіоніка»

 

 

 

 

 

Васильків 2023 рік.

Розглянуто на засіданні методичної ради ВСП «ВФК НАУ» протокол №___ від «__»________20__р.

Рекомендовано для впровадження в навчальний процес педагогічною радою ВСП «ВФК НАУ» протокол №___ від «__»________20__р.

 

 

Укладачі:

Горенко Дар’я Сергіївна, к.т.н. викладач циклової комісії авіоніки

Рецензенти:

Дерев’янко Д.Г., к.т.н., доцент кафедри електропостачання НТУУ КПІ ім. І. Сікорського Чужа О.О., к.т.н., доцент кафедри авіоніки НАУ

В навчальному посібнику описано методичні рекомендації до виконання лабораторних робіт з електронних компонентів авіоніки. В посібнику представлено лабораторні роботи на основі електронного конструктора Znatok. Основні завдання посібника є закріпити набуті знання теоретичних і розрахункових положень з електроніки шляхом експериментальної перевірки основних законів і теорем; забезпечити набуття студентами досвіду проведення експериментальних досліджень та узагальнення їх результатів; навчити грамотно використовувати електровимірювальну апаратуру; ознайомити з електронним та цифровим обладнанням виробничих підприємств та наукових лабораторій.

 

 

 

 

 

 

Горенко Д.С. Навчальний посібник для проведення лабораторних робіт з дисципліни «Електронні компоненти авіоніки». ВСП «ВФК НАУ». 2023. 34 с.

ЗМІСТ

 

Вступ………………………………………………………………….……………	2
Лабораторні роботи……………………………………………………………...	5
Лабораторна робота № 1 Дослідження діодів……………………………………………………………….	5
Лабораторна робота № 2 Дослідження біполярних транзисторів…………………………………………	9
Лабораторна робота № 3 Дослідження тиристорів…………………………………………………………	14
Лабораторна робота № 4 Дослідження фоторезисторів……………………………………………………	18
Лабораторна робота № 5 Дослідження семисегментного індикатора……………………………………	22
Лабораторна робота № 6 Дослідження аналогово-цифрових та цифро-аналогових перетворювачів….	25
Перелік використаних джерел………………………………………………….	29
Додатки……………………………………………………………………………	30
Додаток А. Перелік елементів…………………………………………………...	30
Додаток Б. Вимоги до оформлення звіту……………………………………….	31

ВСТУП

Методика складання електричних схем Znatok

1) Електронний конструктор Znatok складається з ряду компонентів, електронних блоків і дротів різної довжини, на кожному з яких є номер в рамці – це і є номер компоненти. Наприклад, [3] означає дріт з трьома клемами, a [18] означає лампу 2,5 В. Ці компоненти можуть розташовуватися у різних шарах і для прискорення збору схеми на рисунку поруч з компонентами, крім його номера розміщують цифри в кружках (1) , (2) , (3) і (4) які означають номер шарів. Тому напис [3](1) означає дріт з трьома клемами вставлений в першому шарі, напис [3](2) – той же дріт, але в другому шарі, а [18](2) – лампу 2,5 В вставлену в другому шарі.

2) Приклад складання. Для прикладу наведено схему звичайного кишенькового ліхтарика. Принципова електрична схема такого ліхтарика приведена на рис. 1.1а. У даному конструкторі, для полегшення складання вона може забути зображення, як рис. 1.1б. Вигляд даної схеми у зібраному з деталей вигляді можна побачити на рис. 1.2.

а)     б)

Рис. 1.1

 

3) Порядок складання. Згідно зі схемою рис. 1.1б знайдіть необхідні компоненти – вимикач [15], лампу 2,5 В [18], батарею живлення [19], дріт [3]. Після цього виконайте складання електричної схеми – у шар (1) встановить елементи [15] і [19], потім у шар (2) встановіть елементи [3] і [18]. По закінченю, необхідно замкнути вимикач і лампа засвітиться.

 

Рис. 1.2

 

 

Організації лабораторних занять з електротехніки

Основні етапи проведення лабораторних робіт з електротехніки:

1.        Відбувається допуск до заняття, у ході якого викладач перевіряє готовність студентів до виконання лабораторних робіт.
2.        Проведення студентами дослідів і збір експериментальних даних.
3.        Обробка експериментальних даних й оформлення звітів.
4.        Здача викладачеві звітів з роботи. У ряді випадків, якщо студентам не вдається оформити звіти на даному занятті, особливо, коли експериментальні дані вимагають серйозної обробки, здача звітів відбувається на наступному занятті в спеціально встановлений час.

Лабораторні проводяться в звичайних аудиторіях з використанням переносного (завчасно підготовленого викладачем) обладнання для кожної лабораторної роботи. Шаблон звіту студенти готують до початку заняття. Після закінчення лабораторної роботи, студенти мають виконати звіт та дати відповіді на контрольні питання.

 

Правила техніки безпеки на заняттях з електротехніки

Під час виконання лабораторних робіт з дисципліни «Електронні компоненти авіоніки» використовується напруга постійного струму до 12 В. При недотриманні правил техніки безпеки така напруга не становить серйозну небезпеку. Проте некоректне використання обладнання, може зашкодити жттю та здоров’ю студентів. Зважаючи на це, перед виконанням комплексу лабораторних робіт кожен студент зобов’язаний пройти інструктаж з техніки безпеки, що засвідчується особистим підписом у журналі інструктажу з техніки безпеки.

Основні правила з техніки безпеки:

1. Робоче місце не повинне захаращуватися сторонніми предметами.

2. Необхідно обережно поводитися з гострими предметами, такими як контакти мультиметра. Не розмахувати ними.

3. Не брати до рота дрібні деталі, щоб не вдавитися.

4. Коректно та з повагою ставитися як до колег, так і до обладнання.

5. Після закінчення роботи необхідно вимкнути напругу, розібрати схему, упорядкувати робоче місце.

 

Правила поводження з устаткуванням при проведенні лабораторних робіт

 

 

Ніколи не робіть так, як зображено на рис. 2  та інших схожих випадках - коли виводи “+” та “-” з’єднанні напряму за допомогою дротів або вимикача. Завжди має бути якесь навантаження - світлодіод, резистор, двигун і т.п.

 

Лабораторні роботи

 

Лабораторна робота № 1

Дослідження діодів

 

Короткі теоретичні відомості

 

Діод – напівпровідниковий прилад, що має два виводи позитивний анод (А) і негативний катод (К). Основу випрямного діода становить електронно-дірковий перехід (p-n перехід).

 

Рис. 1.1

 

Якщо до анода (А) докласти позитивну напругу, а до катода (К) негативну, то діод буде пропускати струм – це називається прямим включенням – діод «відкритий» (рис. 1.2). Якщо навпаки, то струм практично дорівнює нулю – це називається зворотнім включенням – діод «закритий».

 

Рис. 1.2

 

Хід роботи

 

1.              Перед початком виконання лабораторної роботи, уважно ознайомитися з теоретичними відомостями.
2.              Зібрати електричну схему зображену на рис. 1.3. Уважно перевірити правильність схеми.

а)    б)

Рис. 1.3

 

3.              Встановити реостат [53] в максимальне положення.

а)     б)

Рис. 1.4

 

4.              Регулятор мультиметра встановити в положення «постійний струм µА» (рис. 1.4 а), а вимикач [15] в положення «OFF». Виміряйте електричний струм, що протікає через діод [57] (рис. 1.4 б) та занесіть значення в таблицю 1.1.

а)      б)

Рис. 1.5

 

5.              Не змінюючи положення повзунка реостата [53], переключіть регулятор мультиметра в положення «постійна напруга V» (рис. 1.5 а), а вимикач [15] в положення «ON». Виміряйте падіння напруги на діоді [57] (рис. 1.5 б) та занесіть значення у відповідний рядок в таблицю 1.1.
6.              Перемістіть повзунок реостата [53] трохи в право, зменшуючи тим самим опір.
7.              Повторіть дії 1.4 – 1.6, при цьому вимірюючи струм та напругу діода, до 10 разів (таким чином, щоб кожен студент зміг виконати відповідні виміри та комутації). Дані заносяться до таблиці 1.1.
8.              Розібрати схему та прибрати робоче місце. Перевірити наявність та цілісність всіх елементів, що використовувались в роботі.
9.              Виконати аналіз результатів дослідження та оформити звіт.

 

Аналіз результатів

 

У таблиці 1.1 зведені всі результати вимірів, що були отримані підчас лабораторного дослідження.

Використовуючи таблицю 1.1 необхідно побудувати ВАХ діода. Кількість точок ВАХ має дорівнювати N. По горизонтальній осі відкладають значення напруги, а по вертикальній – відповідні значення струму (рис. 1.6).

 

Таблиця 1.1.

№з/п	І, мкА	U, В
1
2
…
N

 

Рис.1.6

 

В звіті має бути детальний опис дослідження, ВАХ діода та відповіді на контрольні запитання.

 

Контрольні запитання

1.         Дайте визначення напівпровідникового діода.
2.         Для чого призначений випрямний діод?
3.         Скільки р-n переходів має випрямний діод?
4.         На основі якого напівпровідника виготовляються випрямні діоди?
5.         Які основні параметри випрямних діодів?
6.         Наведіть найпростішу схему випрямляча напруги.
7.         Наведіть ВАХ випрямного діода.
8.         Коли виникає пробій р-n переходу випрямного діода.
9.         Яка різниця між електричним та тепловим пробоєм?

Лабораторна робота № 2

Дослідження біполярних транзисторів

 

Короткі теоретичні відомості

 

Транзистори – напівпровідникові прилади призначені, для посилення генерування і перетворення електричних сигналів. Транзистори поділяються на два класи: біполярні транзистори і уніполярні (польові) транзистори. У біполярних транзисторах носіями заряду слугують як електрони, так і дірки, в уніполярних – або електрони або дірки. Виготовляються, в основному, з кремнію або германію. В електронному конструкторі Znatok використовується кремнієві біполярні транзистори.

Біполярний транзистор – напівпровідниковий прилад, що має три виводи емітер (Е), базу (Б) і колектор (К). Основу біполярного транзистора складають два електронно-діркових переходи. Залежно від взаємного розташування p-n переходів транзистори поділяються p-n-p (PNP) та n-p-n (NPN) типу (рис. 2.1).

 

Рис. 2.1

 

Якщо просто під'єднати відповідні напруги до емітера (Е) і колекторам (К) то транзистор не проводитиме струм, тобто буде «закритий». Для того щоб транзистор «відкрився», тобто почав проводити струм, необхідно на базу подати керуючий потенціал для завдання струму бази І_Б. Значення цього потенціалу і напрямок струму бази І_Б залежить від типу транзистора. Регулюючи цей потенціал можна регулювати великий струм, що протікає через транзистор.

Однією з основних характеристик транзистора є коефіцієнт посилення струму β який визначається за формулою:

      (2.1)

Виходячи з того, що  

     (2.2)

видно, що чим менший струм в бази тим краще, а отже і вищий коефіцієнт підсилення. У сучасних транзисторів коефіцієнт посилення лежить в межах від декількох десятків до декількох сотень.

 

Хід роботи

 

1.        Перед початком виконання лабораторної роботи, уважно ознайомитися з теоретичними відомостями.

 

Визначення коефіцієнту підсилення транзистора p-n-p типу

2.        Зібрати електричну схему зображену на рис. 2.2. Уважно перевірити правильність схеми.
3.        Встановити реостат [53] в максимальне положення.
4.        Регулятор мультиметра встановити в положення «постійний струм µА» та підключіть до схеми, як зображено на рис. 2.2 а. Виміряйте струм бази І_Б та занесіть значення в таблицю 2.1.

а)      б)

Рис. 2.2

 

5.        Переключіть мультиметр, як зображено на ртс. 2.2 б. Виміряйте струм колектора І_К та занесіть значення в таблицю 2.1.
6.        Змініть положення повзунка реостата [53] і повторіть виміри струмів бази І_Б та колектора І_К N=3..5 разів (2.4 – 2.5). Результати вимірів занесіть у відповідні радки таблиці 2.1.

Визначення коефіцієнту підсилення транзистора n-p-n типу

7.        Зібрати електричну схему зображену на рис. 2.3. Уважно перевірити правильність схеми.
8.        Встановити реостат [53] в максимальне положення.
9.        Регулятор мультиметра встановити в положення «постійний струм µА» та підключіть до схеми, як зображено на рис. 2.3 а. Виміряйте струм бази І_Б та занесіть значення в таблицю 2.1.

 

а)      б)

Рис. 2.3

 

10.    Переключіть мультиметр, як зображено на ртс. 2.3 б. Виміряйте струм колектора І_К та занесіть значення в таблицю 2.1.
11.    Змініть положення повзунка реостата [53] і повторіть виміри струмів бази І_Б та колектора І_К N=3..5 разів (2.9 – 2.10). Результати вимірів занесіть у відповідні радки таблиці 2.1.

 

Визначення коефіцієнту підсилення транзисторного каскаду

12.    Зібрати електричну схему зображену на рис. 2.4. Уважно перевірити правильність схеми.
13.    Встановити реостат [53] в максимальне положення. По черзі змінюючи підключенні мультиметра, виміряйте відповідно струми  бази І_Б та колектора І_К . Повторіть виміри N=3..5 разів змінюючи положення повзунка реостата. Занесіть виміряні дані до таблиці 2.2. 

 

а)      б)

Рис. 2.4

14.    Виконати аналіз результатів дослідження та оформити звіт.

 

Аналіз результатів

 

До таблиці 2.1 занесені результати вимірювання відповідних струмів для транзисторів p-n-p та n-p-n типів.

 

Таблиця 2.1

Транзистор p-n-p типу				Транзистор n-p-n типу
№ з/п	ІБ	ІК	βPNP	№ з/п	ІБ	ІК	βNPN
1				1
…				…
N				N
Результат				Результат

 

Відповідно до формули (2.1) розрахуйте коефіцієнти підсилення транзисторів β_PNP та β_NPN  для кожного досліду.

Визначте середнє значення відповідних коефіцієнтів підсилення використовуючи вираз:

     (2.3)

Занесіть результати розрахунків у таблицю 2.1.

Аналогічно проведіть розрахунок коефіцієнта підсилення транзисторного каскаду β_∑ (таблиця 2.2).

Виконайте розрахунок коефіцієнта підсилення, знаючи коефіцієнти підсилення кожного транзистора (таблиця 2.1), за формулою:

.      (2.4)

Розрахуйте відносну похибку вимірювань за формулою:

     (2.5)

Занесіть результати розрахунків у таблицю 2.2.

 

Таблиця 2.2

№ з/п	ІБ	ІК	β∑	β	∆β
1
…
N
Результат

 

В звіті має бути детальний опис дослідження, висновки та відповіді на контрольні запитання.

 

Контрольні запитання

1.        Дайте визначення біполярного транзистора?
2.        Скільки виводів має транзистор?
3.        Скільки р-n переходів має транзистор? 5. Які ви знаєте схеми включення біполярних транзисторів.
4.        Як називається статичні характеристики біполярного транзистора?
5.        Який режим роботи транзистора використовується для підсилення вхідного сигналу?
6.        Що таке ключовий режим роботи транзистора?
7.        Як називається залежність I_Б=f(U_БЕ)?
8.        Як називається залежність I_К=f(U_КЕ)?
9.        Який з h-параметрів характеризує вхідний опір?

 

Лабораторна робота № 3

Дослідження тиристорів

 

Короткі теоретичні відомості.

Тиристор – напівпровідниковий прилад призначений для регулювання і комутації великих струмів в схемах регулювання освітлення, терморегуляторах, зварювальних апаратах, потужних електродвигунах та ін. Тиристор має три виводи анод (А) катод (К) і вивід управління (G). Основу тиристора складають три електронно-діркових переходи (p-n переходи).

 

Рис. 3.1

 

Якщо просто під'єднати позитивну напругу до анода (А) відносно катода (К), то тиристор не проводитиме струм. Для того щоб тиристор проводив струм необхідно до вивода управління (G) підключити позитивний імпульсний сигнал. Навіть після відключення сигналу від виводу G, тиристор як і раніше буде проводити струм. Повторна подача сигналу на вивод управління не змінить ситуацію. Для вимкнення тиристора необхідно відключити напругу від аноду (А).

 

Хід роботи

1.        Перед початком виконання лабораторної роботи, уважно ознайомитися з теоретичними відомостями.
2.        Зібрати електричну схему зображену на рис. 3.2. Уважно перевірити правильність схеми. Вимикач [15] має бути в положенні «OFF», а реостат [53] в мінімальному положенні.
3.        Включаємо вимикач [15] в положенні «ON». Лампочка [27] світитися не буде, оскільки сигнал на управляючий електрод не надходить. Не замикаючи контакти кнопки [14] підключіть мультиметр так, як показано на рис. 3.2 (1). При цьому лампочка [27] засвітиться. Виміряйте струм, що протікає через управляючий електрод. Результати вимірювання занесіть до таблиці 3.1.

 

Рис. 3.2

 

4.        Вимикач [15] переключіть в положення «OFF». Лампочка [27] погасне. Один з студентів має затиснути і не відпускати кнопку [14]. Інший студент в цей час вимірює струм І’_А, що протікає через тиристор як показано на рис. 3.2 (2). Результати вимірювання занесіть до таблиці 3.1.
5.        Не відключаючи мультиметр (рис. 3.2 (2)), щоб не розмикати коло, відпустити кнопку [14]. Знову виміряти струм І_А, що протікає через тиристор. Результати вимірювання занесіть до таблиці 3.1.
6.        Включаємо вимикач [15] в положенні «ON» і одноразово натисніть кнопку [14]. Підключіть мультиметр так, як показано на рис. 3.2 (3) і виміряйте напругу. Результати вимірювання занесіть до таблиці 3.1.
7.        Поверніть схему у початкове положення. Трохи змістіть повзунок реостата [53] та повторіть 3.2 – 3.6 кілька разів.
8.        Розібрати схему та прибрати робоче місце. Перевірити наявність та цілісність всіх елементів, що використовувались в роботі.
9.        Виконати аналіз результатів дослідження та оформити звіт.

 

Аналіз результатів

У таблиці 3.1 зведені всі результати вимірів, що були отримані підчас лабораторного дослідження.

Використовуючи таблицю 3.1 необхідно побудувати вхідну характеристику тиристора. Кількість точок характеристики має дорівнювати N. По горизонтальній осі відкладають значення струму, що подають на управляючий електрод І_G, а по вертикальній – відповідні значення струму тиристора І_А(рис. 3.3).

 

Таблиця 3.1

№ з/п	IG	І’А	ІА	UАК
1
2
…
N

 

Рис. 3.3.

 

Розрахуйте різницю між струмом тиристора при подачі сигналу на управляючий електрод і після відключення:

.       (3.1)

 

Визначте, у скільки разів відрізняється ∆ від I_G:

      (3.2)

Результати розрахунків занесіть до таблиці 3.2.

 

Таблиця 3.2

№ з/п	∆	Δ
1
2
…
N

 

В звіті має бути детальний опис дослідження, вхідна характеристика тиристора, висновки та відповіді на контрольні запитання.

Контрольні запитання

1.        Що таке тиристор?
2.        Скільки p-n переходів має тиристор?
3.        Як називаються p-n переходи тиристора?
4.        Що таке динистор?
5.        Наведіть ВАХ тиристора.
6.        Що таке напруга включення тиристора?
7.        У який стан переходе тиристора після подачі напруги включення.
8.        Призначення керуючого електрода тиристора.
9.        Перелічіть основні параметри тиристора.
10.   Яке включення тиристора є робочим?

 

Лабораторна робота № 4

Дослідження фоторезисторів

 

Короткі теоретичні відомості.

Фоторезистор (світлочутливий резистор) – напівпровідниковий елемент, опір якого залежить від рівня освітленості. Під дією світла електричний опір фоторезистора зменшується в тисячі разів. При цьому сила струму в ланцюзі зростає, досягаючи значення достатньо для включення або роботи необхідного обладнання. У фоторезистора [16] з даного конструктора опір в темряві перевищує 20 МОм, а при яскравому освітленні зменшується до 250 Ом.

  

а)    б)

Рис. 4.1

 

Якщо до фоторезистора прикласти постійну напругу і міняти його освітленість, то виявиться, що струм, який протікає через фоторезистор змінюється нелінійно. Це означає, що світлова характеристика – залежність струму від світлового потоку I = f(Ф), при незмінній прикладеній напрузі U = constant – нелінійна (рис. 4.1 а). Струм, що протікає через фоторезистор залежить не тільки від освітленості, а й від прикладеної напруги. Якщо фоторезистор висвітлювати незмінним світлом і міняти прикладену напругу, то протікаючий по ньому струм буде змінюватись пропорційно зміні напруги. Це означає, що фоторезистори при незмінному освітленні мають лінійну ВАХ і підкоряються закону Ома (рис. 4.1 б).

 

Рис. 4.2

 

Фоторезистор представляє собою діелектричну пластину, на яку нанесено тонкий шар напівпровідника з кордоном у вигляді хвилі (рис. 4.2). Пластина поміщається в корпус. Для захисту від вологи напівпровідниковий шар покривається прозорим лаком.

 

Хід роботи:

1.        Перед початком виконання лабораторної роботи, уважно ознайомитися з теоретичними відомостями.
2.        Зібрати електричну схему зображену на рис. 4.3. Уважно перевірити правильність схеми.

 

Рис. 4.3

 

3.        Закрийте фоторезистор [16] пластиковою кришкою.
4.        Вимикач [15] має бути в положенні «OFF». Повзунок реостата [53] в максимальному положенні.
5.        Поверніть коліщатко мультиметра в положення 1 (рис. 4.3) виміряйте опір фоторезистора. Результат вимірювання занесіть до таблиці 4.1.
6.        Не змінюючи положення вимикача [15], переключіть коліщатко мультиметра в положення 3 (рис. 4.3). Виміряйте електричний струм та занесіть результат до таблиці 4.1.
7.        Вимикач [15] перемістіть в положенні «ON». Переключіть коліщатко мультиметра в положення 2 (рис. 4.3) та виміряйте падіння напруги на фоторезисторі. Результат вимірювання занесіть до таблиці 4.1.
8.        Повзунком реостата [53] трохи змініть опір навантаження та повторіть виміри відповідно до пунктів 4.4 – 4.7.
9.        Повторіть дії пункту 4.8 загалом 5 разів.
10.    Зніміть кришечку з фоторезистора [16]. Виконайте дії відповідно до пунктів 4.4 – 4.9.
11.    За допомогою ліхтарика в телефоні, рівномірно підсвічуйте фоторезистор [16]. Виконайте дії відповідно до пунктів 4.4 – 4.9.
12.    Розібрати схему та прибрати робоче місце. Перевірити наявність та цілісність всіх елементів, що використовувались в роботі.
13.         Виконати аналіз результатів дослідження та оформити звіт.

 

Аналіз результатів

 

У таблиці 4.1, відповідно до проведених вимірів, мають бути заповнені три стовпчики: струм І, напруга U та виміряний опір R_вим, для трьох видів освітленості.

 

Таблиця 4.1

№ з/п	І, мкА	U, В	Rвим, кОм	Rроз, кОм	∆R, %
Дослід 1 (фоторезистор закритий)
1
…
5
Дослід 2 (фоторезистор відкритий)
1
…
5
Дослід 3 (фоторезистор підсвічується ліхтариком)
1
…
5

 

Для кожного з дослідів проведіть розрахунок опору R_роз фоторезистора [16] за законом Ома:

      (4.1)

 

Порівняйте розрахункове R_роз значення опору фоторезистора з виміряним R_вим:

     (4.2)

 

В звіті має бути детальний опис дослідження, висновки та відповіді на контрольні запитання.

 

Контрольні запитання

1.     Навести перелік та визначення фотометричних одиниць вимірювання.
2.     Який принцип дії фоторезисторів?
3.     Яка конструкція фоторезисторів?
4.     Навести перелік та визначення параметрів фоторезистора?
5.     Які  бувають характеристики фоторезисторів?

 

Лабораторна робота № 5

Дослідження семисегментного індикатора

 

Короткі теоретичні відомості

Семи сегментний світлодіодний індикатор [58] – елемент основним функціональним призначенням якого є відображення цифр від 0 до 9 та деяких букв в годинниках, вимірювальних приладах, індикаторах побутової техніки і т.п. Складається з корпусу з вбудованими світлодіодами. Світлодіоди вбудовані в індикатор потребують струмо обмежуючих резисторів. Індикатори бувають червоного, зеленого та жовто-зеленого кольоррів. Крім індикаторів з однією цифрою випускаються багатоцифрові індикатори з вбудованою схемою управління.

 

Рис. 5.1

 

На рис. 5.1 зображено зовнішній вигляд та принципова схема семисегментного світлодіодного індикатора з конструктору Znatok.

Семи сегментний індикатор складається з семи частин – сегментів (A – G),  всередині кожного з них знаходиться світлодіод, і на місці точки (DP) ще один. Всього 8 світлодіодів. В даному індикаторі всі плюси (аноди) цих світлодіодів об'єднані (рис. 5.1 а). Такий індикатор називається індикатором з загальними анодами і управляється подачею нульового потенціалу на катоди. Так само існують індикатори з загальними катодами. Для складання різних цифр і букв потрібно включити відповідні світлодіоди.

 

Хід роботи

 

1.        Перед початком виконання лабораторної роботи, уважно ознайомитися з теоретичними відомостями.

Рис. 5.2

 

2.        Зібрати електричну схему зображену на рис. 5.2. Уважно перевірити правильність схеми. Вимикач [15] має бути в положенні «OFF». Перемички, що позначені пунктиром, всі знаходяться на своїх місцях (рис. 5.2).

Рис. 5.3

 

3.        Увімкніть вимикач [15] в положення «ON». Якщо все зібрано вірно, то підсвічуватимуться всі сегменти індикатора.
4.        Переключіть вимикач [15] в положення «OFF».
5.        Перекомутуйте схему відповідно до рис. 5.3. Увімкніть вимикач [15] в положення «ON». На індикаторі має засвітитися цифра «1». Переключіть вимикач [15] в положення «OFF».
6.        Самостійно виконайте необхідні комутації схеми (рис. 5.2) таким чином, щоб на дисплеї засвітилися цифри від 0 до 9. Кожну побудовану схему сфотографуйте для звіту. Заповніть таблицю 5.1.
7.        Розібрати схему та прибрати робоче місце. Перевірити наявність та цілісність всіх елементів, що використовувались в роботі.
8.        Виконати аналіз результатів дослідження та оформити звіт.

 

Аналіз результатів

 

У таблиці 5.1 зведені всі результати вимірів, що були отримані підчас лабораторного дослідження.

 

Таблиця 5.1

№ з/п	Цифра на індикаторі	Перелік контактів, які необхідно комутувати
1	0
2	1	В, С
…	…	…
10	9

 

В звіті має бути детальний опис дослідження, фото кожного досліду, висновки та відповіді на контрольні запитання.

 

Контрольні запитання

 

1.            Визначіть типи індикаторів.
2.            Визначіть типи LED-індикаторів.
3.            У чому полягає метод статичної індикації, та як реалізується схемотехнічно?
4.            У чому полягає метод динамічної індикації, та як він реалізується схемотехнічно?
5.            5. Яким чином готуються дані для виводу на багаторозрядні семисегментні індикатори?
6.            6. Які існують особливості програм драйверів багаторозрядних семисегментних індикаторів для метода статичної індикації?
7.            7. Які існують особливості програм драйверів багаторозрядних семисегментних індикаторів для метода динамічної індикації?

 

Лабораторна робота № 6

 

Дослідження аналого-цифрових та цифро-аналогових перетворювачів

 

Короткі теоретичні відомості

 

Прикладом використання аналого-цифрового (АЦП) та цифро-аналогового (ЦАП) перетворювачів є звичайний цифровий диктофон – пристрій, що здійснює запис і відтворення звуку. В цифрових диктофонах запис здійснюється на вбудовану напівпровідникову пам’ять. Основою диктофона в конструкторі Znatok є мікросхема цифрового запису [62] (рис. 6.1).

 

Рис. 6.1.

 

Мікрофон перетворює звукові коливання в еквівалентний їм електричний сигнал. Але цей сигнал дуже малий, тому на вході мікросхеми [62] стоїть підсилювач. Посилена напруга надходить на вхід АЦП, який перетворює по команді від мікроконтролера вхідний аналоговий сигнал у відповідний цифровий двійковий код. Характеристика 3-х розрядного АЦП наведена на рис. 6.2 а.

Далі код записується в осередки пам’яті. Пам'ять в даній мікросхемі складається з двох частин: ПЗП – постійного запам’ятовуючого пристрою, в який при виготовлені були вбудовані три мелодії, і ОЗП – оперативного запам’ятовуючого пристрою, в осередку якого можна записувати різні коди. Пам'ять буває енергозалежна, коли при відключені живлення вся інформація стирається, і енергонезалежна, коли відсутність живлення не впливає на вміст пам’яті. ПЗП в даній мікросхемі незалежне.

Мікроконтролер має два зовнішніх входи управління, які визначають внутрішні алгоритми роботи системи. По одному з таких сигналів відповідний код з пам’яті надходить на вхід ЦАП, який по команді від мікроконтролера перетворює двійковий код у відповідну напругу. Характеристика 3-хрозрядного ЦАП наведена на рис. 6.2 б.

 

а)      б)

Рис. 6.2.

 

Якщо на вході ЦАП швидко змінювати коди, то на його виході буде швидко змінюватися напруга, яка в подальшому може бути посилена і подана на гучномовець.

Рис. 6.3.

 

На рис. 6.3. наведено приклад використання мікросхеми [62] для запису та відтворення звуків. Діод [57] потрібен для захисту мікросхеми по живленню. Роль вихідного підсилювача виконує транзистор [52]. Управління здійснюється кнопкою [14] і ключем [15].

Алгоритм роботи схеми такий при подачі логічного «0» на вхід Впр. 1 мікроконтролер дає команду на вилучення з ПЗП записаних туди кодів мелодій. Ці коди послідовно надходять на ЦАП і перетворюються в змінний електричний сигнал який посилюється транзистором і змушує котушку гучномовця здійснювати коливання. При розімкненні вимикача [15] та натиснені кнопки [14] звучить музика. При повторному натисканні на кнопку [14] музика припиняється. Якщо натиснути на кнопку [14] знову з пам'яті буде вилучено наступна мелодія. Всього в ПЗП знаходяться три мелодії.

При подачі логічного «0» на вхід Впр. 2 мікроконтролер дає команду на запис вхідного сигналу в ПЗП. Це означає, що АЦП перетворює зміни вихідних сигнал в коди, які записуються в оперативну пам'ять. При цьому мікроконтролер дає команду і з ПЗП витягуються коди відповідні звуку «ді», що попереджують про початок запису і «ді-ді», що попереджують про закінчення запису. Обсягу ПЗП вистачає для запису промови тривалістю 6 секунд.

 

Хід роботи

 

1.        Перед початком виконання лабораторної роботи, уважно ознайомитися з теоретичними відомостями.
2.        Зібрати електричну схему зображену на рис. 6.3. Уважно перевірити правильність схеми.
3.        Заблокуйте вимикач [15] в положення «ON» при цьому з динаміка почується звук «ді» та запис розпочнеться. Перемістіться ближче до  мікрофону і скажіть заготовлену фразу. Через 6 секунд пролунає звук «ді-ді» та запис припиниться.
4.        Розблокуйте вимикач [15] положення «OFF».
5.        Натисніть і відпустіть кнопку [14] з гучномовця почується записаний звук. Після закінчення відтворення вашої промови автоматично почнеться відтворення мелодії з ПЗП. Ще раз натисніть кнопку [14] і музика припиниться.
6.        Для перевірки енергозалежності пам'яті відключіть на 10 секунд дріт, що з'єднує між собою батареї, при цьому на мікросхему перестає надходити напруга живлення. Встановіть дріт на колишнє місце – схема знову готова до роботи. Натисніть кнопку [14] і переконайтеся що ваша промова збереглася в пам'яті.
7.        Розібрати схему та прибрати робоче місце. Перевірити наявність та цілісність всіх елементів, що використовувались в роботі.
8.        Виконати аналіз результатів дослідження та оформити звіт.

 

Аналіз результатів

 

В звіті має бути детальний опис дослідження, висновки та відповіді на контрольні запитання.

Контрольні запитання

1.        Чинники, які впливають на точність ЦАП?
2.        Поняття дискретності, квантування, роздільна здатність?
3.        Що таке напруга зміщення нуля?
4.        Методи і типи АЦП.
5.        Статичні параметри АЦП.
6.        Динамічні параметри АЦП.
7.        Що таке час перетворення, час затримки запуску, час циклу перетворення, максимальна частота перетворення?

 

 

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

 

1.      Бахмет’єв А.О. Електронний конструктор «Znatok». Практичні заняття для школи та дому. Книга 1. 2004 р. 98 с.
2.      Бахмет’єв А.О. Електронний конструктор «Znatok». Практичні заняття для школи та дому. Книга 2. 2004 р. 70 с.
3.      Михайленко В.В., Троценко Є.О., Скринник О.М., Чуняк Ю.М., Сапегін А.П. Основи електротехніки та електроніки: Практикум до виконання лабораторних робіт Навчальний посібник для студентів спеціальності 142 «Енергетичне машинобудування», освітньої програми «Тепло- і парогенеруючі установки». Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського. 2019. 47 с.
4.      Лаврентьєва О.О, Солоха А.С. Лабораторний практикум з електротехніки. Кривий Ріг: КДПУ. 2017. 112 с.
5.      Чуркін В.В. Елементи та схеми КВС і репросистем. Методичні вказівки до виконання практичних робіт для студентів напряму підготовки 6.051501 «Видавничо-поліграфічна справа» денної форми навчання. Київ: НТУУ «КПІ». 2016. 38 с.
6.      Квітка С.О., Ковальов О.В., Нестерчук Д.М., Вовк О.Ю. Лабораторний практикум з дисципліни «Практична інженерна підготовка». Мелітополь: Видавничо-поліграфічний центр «Люкс». 2021. 205 с.

 

1	Шайба з 1 сполучною клемою
2	Дріт з 2 сполучною клемою
3 – 7	Дріт з n сполучних клем
11	П’єзовипромінювач
12	Сенсорна пластина
13	Геркон
14	Кнопковий вимикач
15	Вимикач
16	Фоторезистор
17, 26	Світлодіоди: червоний; зелений
18, 27	Лампа: 2,5 В; 6 В.
19	Батарея
20	Динамік
21-23	Інтегральна звукова мікросхема
24	Електродвигун
25	Котушка індуктивності
28	Мікрофон
29	Підсилювач потужності

 

30 – 34	Резистори номіналу 100 Ом; 1 кОм; 5,1 кОм; 10 кОм; 100 кОм
40 – 44	Конденсатор номіналу 0,02 мкФ; 0,1 мкФ; електролітичний номіналу 10 мкФ; 100 мкФ; 470 мкФ
51 52	Транзистор PNP-типу NPN- типу
53	Реостат (регульований транзистор)
54	Змінний конденсатор
55	Високочастотна інтегральна схема FM-діапазону
56	Гальванометр
59	Тиристор
57	Діод
58	Семисегментний індикатор
62	Інтегральна схема цифрового запису

Додаток Б

Вимоги до оформлення звіту

 

При оформленні звіту до лабораторної роботи важливими є дотримання вимог та стандартів, акуратність, грамотність та одноманітність викладення метеріалу. Окрім того, що це дозволяє самому дослідникові розібратися в тексті, організувати його, це надзвичайно полегшує завдання читача.

Текст звіту набирають на комп’ютері українською мовою з одного боку аркуша білого паперу формату А4 (210×297 мм), залишаючи поля: вгорі та внизу – 20 мм, з лівого боку – 30 мм, з правого боку – 10 мм. Абзац починається 1,25. Шрифт – Times New Roman, кегль – 14 пунктів, міжрядковий інтервал – 1,5. Шрифт друку – чіткий, чорного кольору, середньої жирності. Щільність тексту – всюди однакова. Текст друкувати без переносів.

Чітко диференціювати дефіс (-) та тире (–). Скорочення (напр., і т. ін., XXI ст.), ініціали при прізвищах (напр., Н.В. Гуйванюк), назви населених пунктів (напр., м. Київ) друкувати через нерозривний пробіл (одночасне натискання клавіш Ctrl+Shift+пробіл). Скорочення на зразок 90-ті, 1-го – з нерозривним дефісом (одночасне натискання клавіш Ctrl+Shift+дефіс).

Примітки чи виноски на сторінці не робити. Колонтитули не використовувати. Посилання на використані джерела давати у квадратних дужках: [7, c. 19; 8, c. 15–16]. Друкарські помилки, описки, графічні неточності, які виявилися під час написання роботи, виправляти неможна.

Текст основної частини поділяють на розділи, підрозділи, пункти та підпункти. Заголовки структурних частин роботи ЗМІСТ; ВСТУП; Розділ 1; Висновки до розділу 1; ….; ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ; СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ; ДОДАТКИ друкують великими літерами жирним шрифтом симетрично тексту з нової сторінки, без крапки.

Заголовки висновків до розділів друкують жирним з великої літери, з виділення жирним шрифтом симетрично тексту з нової сторінки.

Кожну структурну частину слід починати з нової сторінки. Назву розділу слід друкувати з нового рядку під номером розділу. Крапка після номера розділу не ставиться.

Заголовки підрозділів, пунктів і підпунктів пояснювальної записки потрібно друкувати з абзацу з великої літери без крапки в кінці. Заголовки підрозділів друкують маленькими літерами (крім першої великої) з абзацу, виділяючи жирним шрифтом.

Заголовки пунктів друкують маленькими літерами (крім першої великої) з абзацу.

Не можна починати новий підрозділ чи пункт у кінці сторінки, якщо після назв підрозділу чи пункту дається менше 3-х рядків основного тексту. У такому випадку примусово починають новий підрозділ чи пункт з нової сторінки. До обсягу основного тексту не входять список використаних джерел, додатки та рисунки, які займають весь об’єм листа. Але всі сторінки зазначених елементів роботи підлягають суцільній нумерації і входять до загального обсягу роботи.

Вимоги до нумерації

Нумерація сторінок, розділів, підрозділів, пунктів, підпунктів, рисунків, таблиць подається арабськими цифрами без знака №. Першою сторінкою дипломного проєкту (роботи) є титульний аркуш, який включається до загальної нумерації сторінок, але номер сторінки (1) не ставиться. Наступним аркушем вкладається Завдання на проєктування (2-3 сторінки) та Рецензія (4), на яких номери сторінок не проставляються. На наступних сторінках (починаючи з 5) номер ставиться у правому нижньому куті сторінки у відведеній комірці основного напису рамки без крапки в кінці.

Після номера розділу крапка не ставиться, заголовок розділу друкується після номера (1 НАЗВА РОЗДІЛУ). І номер розділу, і його назва друкуються великими літерами, жирним шрифтом й відцентровуються. Такі структурні частини дипломної роботи, як ЗМІСТ; ВСТУП; ВИСНОВКИ; СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ не мають порядкового номера.

Особливості оформлення ілюстрацій, таблиць та формул

Якщо в тексті роботи використовуються ілюстрації (малюнки, графіки, схеми, фотографії, діаграми та графіки) і таблиці, то вони подаються безпосередньо після тексту, де вони згадуються вперше, або у додатках. Якщо ілюстрація чи таблиця мають розмір більший за формат А4, то їх розміщують у додатках. Кожна ілюстрація має відповідати тексту, а текст – ілюстрації. Назви ілюстрацій розміщують після їхніх номерів. За необхідності ілюстрації доповнюють пояснювальними даними (підрисунковий підпис). Підпис під ілюстрацією зазвичай має такі елементи:

–        найменування графічного сюжету позначають словом “Рисунок”;

–        порядковий номер ілюстрації, який вказується без знака номера арабськими цифрами.

Нумерують ілюстрації послідовно в межах розділу (за винятком ілюстрацій, поданих у додатках). Номер ілюстрації складається із номера розділу і порядкового номера ілюстрації, між якими ставиться крапка. Наприклад: «Рис. 1.8» (восьмий рисунок першого розділу). Назву рисунка друкують з великої літери та розміщують під ним посередині рядка.

Якщо ілюстрація виноситься у додаток, її номер складається з літери додатка і порядкового номера, між якими ставиться крапка, наприклад: «Рис. А.1.» (перший рисунок додатка А). Номер ілюстрації, її назва і пояснювальний підпис розміщується у додатку так само, як і у тексті роботи, безпосередньо під ілюстрацією відцентровано, без виділень.

Не варто оформлювати посилання на ілюстрації як самостійні фрази, в яких лише повторюється те, що міститься у підписі. У тому місці, де викладається тема, пов’язана з ілюстрацією, і де читачеві треба вказати на неї, розміщують посилання у вигляді виразу в круглих дужках «(див. рис. 3.1)» або зворот типу «…як це видно з рис. 3.1» або «…як це показано на рисунку 3.1».

Таблиці нумерують послідовно в межах розділу. Назву таблиці друкують з великої літери і розміщують над таблицею з вирівнюванням зліва. Номер таблиці складається із номера розділу і порядкового номера таблиці, між якими ставиться крапка. Наприклад: «Таблиця 1.2» (друга таблиця першого розділу). Якщо таблицю винесено у додаток, її номер має складатися із літери додатка і порядкового номера таблиці, між якими ставиться крапка. Наприклад: «Таблиця А.1» (перша таблиця додатка А). Кожна таблиця має назву, котру розміщують над нею. Назву і слово “Таблиця” починають з великої літери.

Якщо таблиця переноситься на наступну сторінку, то над таблицею з абзацу пишеться Продовження таблиці і вказується її номер. Заголовки граф пишуть з великої літери, підзаголовки – з малої, якщо вони становлять одне речення з заголовком, і з великої, якщо вони є самостійними. Заголовки (як підпорядковані, так і головні) мають бути максимально точними та простими. В них не повинно бути слів, що повторюються. Висота рядків повинна бути не менше 8 мм. Розмір кегелю матеріалів, наведених в середині таблиці можна робити меншим від загального тексту (14 п.), але не менше ніж 10 п. Таблицю розміщують після першого згадування про неї в тексті таким чином, щоб її можна було читати без повороту переплетеного блоку роботи або з поворотом за годинниковою стрілкою. Таблицю з великою кількістю рядків можна переносити на інший аркуш, у цьому разі назву вміщують тільки над її першою частиною. Таблицю з великою кількістю граф можна ділити на частини і розміщувати одну над одною в межах тієї самої сторінки. Усі наведені в таблицях дані мають бути достовірними, однорідними і такими, що можуть зіставитися, в основу їх групування покладають лише суттєві ознаки.

Формули рекомендується набирати з використанням редактора формул Microsoft Equation або Math Type таким чином, щоб розмір основних символів відповідав розміру шрифту тексту дипломного проєкту (роботи). Формули у дипломному проєкті (роботі) нумерують в межах розділу. Номер формули складається з номера розділу і порядкового номера формули в розділі, між якими ставлять крапку.

Номери формул пишуть біля правого поля сторінки в одному рядку з формулою в круглих дужках, у вигляді «(3.1)» – перша формула третього розділу. Посилання на формули зазначають порядковим номером формули в дужках, наприклад: «… у формулі (2.1.)».

Пояснення значень символів, числових коефіцієнтів у формулах розміщують безпосередньо під формулою в тій послідовності, в якій вони наведені у формулі, та кожне з нового рядка. Перший рядок пояснення починають зі слова "де" без двокрапки. Формули слід розміщувати у тексті на окремому рядку, залишаючи вище і нижче не менше одного вільного рядка.

Якщо формула не вміщується на один рядок, її переносять на наступний рядок після знака рівності (=) або після знаків: плюс (+), мінус (–), множення (×) і ділення (:).

Правила оформлення списку використаних джерел та посилань

При складанні списку використаних джерел необхідно дотримуватися Державного стандарту на бібліографічний опис творів друку ДСТУ 8302:2015. Неприпустимим є переклад російських видань українською мовою. Література іноземними мовами наводиться в кінці списку. Нумерація джерел наскрізна. Список розташовують в алфавітному порядку за прізвищами авторів або першої літери назв творів. Допустимо розміщувати джерела у списку за порядком посилань на них у тексті.