Электротехника и электроника : электроника

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 203 

Кафедра электротехники и микропроцессорной электроники

А.Н. Душин 
М.С. Анисимова 
И.С. Попова 

Электротехника и электроника

Электроника 

Лабораторный практикум 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета 

Москва  2012 

УДК 621.38:004.42 
 
Д86 

Р е ц е н з е н т  
канд. физ.-мат. наук, доц.  С.Ю. Юрчук 

Душин, А.Н. 
Д86  
Электротехника и электроника  : электроника : лаб. практикум / А.Н. Душин, М.С. Анисимова, И.С. Попова. – М. : Изд. 
Дом МИСиС, 2012. – 107 с. 

В лабораторный практикум включены описания лабораторных работ, выполняемых в среде Multisim и Electronic Workbench. 
Описания лабораторных работ содержат краткое изложение вопросов 
теории, методику проведения экспериментов и обработки полученных данных, контрольные вопросы. В практикум включены работы по исследованию 
характеристик полупроводниковых приборов, их использованию в аналоговой и цифровой технике. 
Предназначен для  студентов, обучающихся по направлениям 011200, 
150100, 150400, 151000, 210100, 220700, 221400, 221700, 222900, 261400, 
280700 при выполнении лабораторных работ по курсу «Электротехника и 
электроника». 
 

 
© А.Н. Душин,  
М.С. Анисимова, 
И.С. Попова, 2012 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие............................................................................................4 
Правила работы  в компьютерном классе............................................5 
Правила выполнения  лабораторных работ .........................................6 
Содержание отчета  о лабораторной работе ........................................7 
Лабораторная работа 1. Диоды..............................................................8 
Лабораторная работа 2. Тринисторы..................................................13 
Лабораторная работа 3. Источники вторичного  
электропитания.....................................................................................21 
Лабораторная работа 4. Биполярные транзисторы.  
Параметры и характеристики..............................................................31 
Лабораторная работа 5. Полевые транзисторы.  
Параметры  и характеристики.............................................................38 
Лабораторная работа 6. Усилители на биполярных  
транзисторах .........................................................................................44 
Лабораторная работа 7. Усилительные схемы  
на операционных усилителях..............................................................51 
Лабораторная работа 8. Генераторы сигналов  
на операционных усилителях..............................................................64 
Лабораторная работа 9. Применение операционных  
усилителей для решения дифференциальных уравнений.................74 
Лабораторная работа 10. Логические элементы.  
Комбинационная логика ......................................................................80 
Лабораторная работа 11. Триггеры.....................................................92
Библиографический список...............................................................103 
Приложение. Электронные элементы и приборы ...........................104 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Настоящий лабораторный практикум включает описание лабораторных работ по аналоговой электронике и цифровой электронике, 
разработанных для выполнения в компьютерном классе в среде Multisim 9 или Electronic Workbench. В разделе аналоговой электроники 
представлены материалы по принципу работы дискретных полупроводниковых приборов – диодов, биполярных и полевых транзисторов, тринисторов, стабилитронов,  их применению в схемах усиления 
и преобразования электрических сигналов. 
В разделе цифровой электроники представлены материалы по 
свойствам полупроводниковых устройств, позволяющих производить действия с дискретными электрическими сигналами, арифметические и логические действия с числами. Показаны возможности 
применения цифровых электронных приборов для управления различными устройствами и контроля их режимов работы. 
В ходе выполнения работ студенты получают дополнительно информацию по правилам составления электронных схем, обозначениям приборов, методам измерения. 

ПРАВИЛА РАБОТЫ  
В КОМПЬЮТЕРНОМ КЛАССЕ 

1. Работающим в компьютерном классе не разрешается находится 
в верхней одежде, иметь при себе продукты питания. 
2. Во время работы в компьютерном классе должна соблюдаться 
тишина. 
3. При работе в компьютерном классе категорически запрещается: 
– без разрешения преподавателя включать или выключать компьютер; 
– переключать шланги питания, соединительные кабели компьютера и монитора; 
– запускать программы, не используемые при выполнении лабораторной работы; 
– класть сумки, портфели на компьютерный стол; 
– записывать рабочие файлы в директории на жестком диске и на 
сменные диски; 
– перенастраивать параметры используемой программы; 
– синтезировать электрические схемы, не входящие в план лабораторной работы; 
– вводить собственный пароль входа в систему; 
– пользоваться папкой «Панель управления»; 
– открывать другие жесткие диски; 
– оставлять рабочее место без предупреждения об этом преподавателя; 
– загрязнять рабочее место. 
4. По окончании работы в компьютерном классе студент должен 
оставить рабочее место в порядке. 
5. При неполадках в работе компьютера студент должен сообщить 
об этом преподавателю, ведущему занятия. 

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ  
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 

1. Лабораторные работы проводятся в компьютерном классе с 
применением интерактивной программы Multisim 9 (или Multisim 10) 
и Electronic Workbench (далее EWB5_12). 
2. Для допуска к выполнению лабораторных работ студент обязан 
ознакомиться с правилами работы в компьютерном классе и правилами техники безопасности. 
3. К началу лабораторной работы студенту необходимо ознакомиться с ее содержанием, изучить теоретические сведения по теме 
лабораторной работы, подготовить отчет для внесения экспериментальных данных и выполнения расчетов. 
4. Полученные в ходе выполнения работы результаты студент 
должен занести в отчет о лабораторной работе. 
5. При анализе результатов лабораторной работы полученные 
расчетные данные и характеристики необходимо прокомментировать 
(пояснить) с позиций известных теоретических положений. 
6. Выводы по результатам лабораторной работы следует занести в 
отчет. 
7. Студент должен защитить оформленную лабораторную работу. 
К защите допускаются студенты, получившие допуск, выполнившие 
лабораторную работу в полном объеме задания и оформившие ее в 
соответствии с настоящими правилами. 
8. Для защиты лабораторной работы необходимо представить 
расчетно-графичеcкий экспериментальный результат и уметь объяснить его, а также ответить на вопросы преподавателя. 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА  
О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 

Лабораторная работа оформляется в виде отчета на скрепленных 
листах формата А4 (или в лабораторной тетради) с титульным листом. Схемы, графики и таблицы должны быть начерчены карандашом с использованием трафарета или линейки либо с применением 
графических средств персонального компьютера с соблюдением 
принятых стандартных условных обозначений. 
 
Отчет о лабораторной работе должен содержать следующие пункты: 
2. Наименование лабораторной работы. 
3. Цель работы. 
4. Краткое теоретическое введение и расчетные формулы. 
5. Электрические схемы цепей с измерительными приборами. 
6. Таблицы с расчетными и экспериментальными данными. 
7. Графики, временны΄е диаграммы, вольт-амперные характеристики (ВАХ). 
Выводы по результатам лабораторной работы. 

Лабораторная работа 1 

ДИОДЫ 

1.1. Цель работы 

Изучить вольт-амперные характеристики диодов, их применение 
для управления мощностью, реализации управляемых выпрямителей. 

1.2. Теоретическое введение 

Полупроводниковый диод – электронный прибор с двумя выводами от p-n перехода анодом и катодом. Идеальный диод имеет 
сопротивление, равное нулю при    «прямой» полярности напряжения (плюс на аноде, минус на катоде) и бесконечно большое 
сопротивление при обратной полярности. Условное обозначение 
диода и вольт-амперная характеристика идеального диода приведены на рис. 1.1. 

 

                                    а                                 б 

Рис. 1.1. Обозначение (а) и идеализированная вольт-амперная 
характеристика диода (б) 

Реальная вольт-амперная характеристика германиевых и кремниевых диодов при положительных напряжениях аппроксимируется 
экспоненциальной функцией вида 

 
exp
1 ,
s
T

U
I
I
mU
⎛
⎞
=
−
⎜
⎟
⎝
⎠
 

где Is – обратный ток (100 нА для германиевых диодов, 10 нА  для 
кремниевых диодов);  
m – поправочный коэффициент (от 1 до 2);  

UТ – термический потенциал,  
UТ = kT/e = 0,863⋅10–4T (примерно 25 мВ при комнатной температуре), 
здесь k – постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура; е – 
заряд электрона. 

Значения прямого напряжения при токе Imax/10 составляют около 
0,35 В для германиевых и 0,62 В для кремниевых диодов. Изменение 
прямого напряжения на 60…120 мВ приводит к изменению тока в 10 
раз, т.е. при напряжении 0,5 В ток через кремниевый диод составит 
лишь 1/100Imax. Изменение температуры при фиксированном токе приводит к изменению напряжения приблизительно на –2 мВ на градус. 
К основным параметрам диодов относятся: 
– средний прямой ток Iпр.ср; 
– допустимое обратное напряжение Uобр max; 
– среднее прямое напряжение Uпр.ср; 
– средний обратный ток Iобр при Uобр max; 
– fm – верхнее значение частоты, при которой сохраняются основные параметры. 
На рис. 1.2 приведено условное обозначение стабилитрона, идеальная вольт-амперная характеристика и ВАХ с идеальной характеристикой в первом квадранте и линеаризованной реальной характеристикой в третьем квадранте. 

 

             а                              б                                                в 

Рис. 1.2. Обозначение (а) и вольт-амперные характеристики  
(б, в) стабилитрона 

Для стабилитронов в справочниках приводят следующие параметры: 
– номинальное напряжение стабилизации Uст.ном; 
– разброс напряжения стабилизации при номинальном токе (Uст min, 
Uст max); 
– дифференциальное сопротивление Rдиф; 
– минимальный и максимальный ток стабилитрона Iст min, Iст max; 
– допустимая рассеиваемая мощность Pmax. 

1.3. Подготовка к работе 

1. Освоить основные положения теоретического введения. 
2. Занести в лабораторную тетрадь вольт-амперные характеристики и условные обозначения диодов и тринисторов.  
3. Начертить в лабораторной тетради схемы проведения эксперимента (рис. 1.3 – 1.5). 

1.4. Порядок выполнения работы 

Задание 1. Исследование параметров выпрямительного диода 
1. Собрать схему (рис. 1.3) для измерения сопротивления диода 
(модель диода general2 – BY228). 

 

Рис. 1.3. Схема измерения прямого сопротивления диода 

2. Измерить сопротивление при токах (ohmmeter current): 0,01; 1 
и 10 мкА. 
3. Эти же измерения выполнить для диода 1N4001. 
4. Собрать схему (рис. 1.4) для исследования вольт-амперной характеристики диода. 
5. Установить для генератора: частота (frequency) – 200 Гц, 
скважность (duty cycle) – 70 %, амплитуда (amplitude) – 2 В, треугольные импульсы. 
6. Нарисовать график изменения напряжений U1 и U2. 
7. Измерить максимальное напряжение в точках 1 и 2 и напряжение U1 при U2 = 5 мВ. Вычислить напряжение на диоде и ток диода. 
8. Выполнить измерения при температуре диода 50 °С. Для этого 
в меню Simulate выбрать Analisis – temperature sweep: start (50), 
stop (50) (Analysis Options – Device). 

Рис. 1.4. Схема для исследования  
вольт-амперной характеристики диода 

9. Выбрать на осциллографе режим В/А. Просмотреть на осциллографе и построить вольт-амперные характеристики при температурах диода 20 и 70 °С. 

Задание 2. Исследование характеристик стабилитрона 
1. Собрать схему (рис. 1.5) для исследования характеристик стабилитрона. 
2. Установить для генератора: частота (frequency) – 200 Гц, 
скважность (duty cycle) – 70 %, амплитуда (amplitude) – 10 В, треугольные импульсы. 
3. Построить вольт-амперную характеристику стабилитрона. 
Определить дифференциальное сопротивление для обратной ветви стабилитрона. 

 

Рис. 1.5. Схема для исследования характеристик стабилитрона