Лабораторная работа № 4

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

В состав лабораторного стенда входят:

• базовый лабораторный стенд.

• Лабораторный модуль Lab3A для исследования ВАХ туннельного диода типа АИ101.

Подготовьте шаблон отчета в редакторе MS Word.

Установите лабораторный модуль Lab3A на макетную плату лабора­торной станции NI ELVIS. Внешний вид модуля показан на рис.3.3.

При исследовании ВАХ туннельного диода используется схема, изо­браженная на рис.3.4

Рис. 3.3. Внешний вид модуля LаbЗА Рис. 3.4. Принципиальная электри-
для исследования ВАХ туннельного ческая схема для исследования ВАХ
диода туннельного диода

Загрузите и запустите программу Lab-3.vi.

После ознакомления с целью работы нажмите кнопку «Начать работу». На экране появится изображение ВП, необходимого для выполнения задания 1 (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Лицевая панель ВП при выполнении задания 1

Задание 1. Наблюдение ВАХтуннельного диода

ВП дает возможность получить набор зависимостей между напряже­нием на ТД и током через него. Полученные данные ВП позволяет запи­сать в индивидуальный файл пользователя. Каждый студент может полу­чить свой индивидуальный набор экспериментальных данных, выбирая свой диапазон изменения напряжения на ТД и количество эксперимен­тальных точек на ВАХ.

Подготовьте ВП к измерениям, для чего установите в соответствую­щих окнах на передней панели ВП диапазон изменения напряжения и ко­личество экспериментальных точек. При выборе параметров примите во внимание, что нижний предел устанавливаемого напряжения не должен быть ниже -0,1 В, а верхний - выше +1,4 В. Рекомендуемое количество экспериментальных точек лежит в диапазоне от 80 до 120.

4.1.1. Проведите измерения, для чего нажмите кнопку «Построить ВАХ» на передней панели ВП. На экране ВП появится набор эксперимен­тальных точек.

Скопируйте полученный график на страницу отчета.

Внимательно рассмотрите полученное на экране изображение, для того чтобы убедиться в пригодности экспериментального материала для дальнейшей обработки. Данные должны давать возможность ясно выде­лить все характерные точки (см. рис.3.1) на ВАХ ТД. Если эксперимен­тальные данные не дают такой возможности, повторите измерения, выбрав другой диапазон изменения напряжения и/или число точек.

39

Если собранные экспериментальные данные дают возможность по­лучить ВАХ ТД, сходную с типовой, сохраните данные. Для этого на пе­редней панели ВП в окне ввода укажите полное имя сохраняемого файла и нажмите на кнопку «Сохранить».

4.1.2. Нажмите на передней панели ВП кнопку «Перейти к зада­нию 2», на экране появится лицевая панель ВП, необходимая для выпол­нения задания 2 (рис.3.6).

Рис. 3.6. Лицевая панель ВП при выполнении задания 2

Задание 2. Построение математической модели ВАХ туннельного диода

В этом разделе производится построение полиномиальной регресси­онной модели с использованием стандартной процедуры вычисления ко­эффициентов линейной регрессии и статистическая оценка качества полу­ченной модели.

Укажите в окне на передней панели ВП степень полинома, необхо­димую для построения модели (для того, чтобы полином имел два локаль­ных максимума, начинать следует со степени не ниже третьей).

Выберите количество независимых опытов для оценки свойств шу­мов. Это количество должно быть более 10. Зафиксируйте напряжение на диоде в районе спада ВАХ (примерно 0,2В - 0,4В).

Задайте уровень значимости и число степеней свободы для вычисле­ния параметра F распределения Фишера.

4.2.1. Нажмите кнопку «Построить модель» на передней панели ВП. Соответствующий график будет построен на экране ВП в виде сплош-

;

ной красной кривой. Изображение, полученное на графическом индикато­ре ВП, скопируйте в буфер обмена и затем поместите на страницу отчета. Оцените «на глаз» степень соответствия между экспериментальными дан­ными и полученной зависимостью. Расчетное и табличное значения пара­метра F будут определены и выведены на экран ВП автоматически.

Проверьте гипотезу об адекватности полученной модели. Для этого сравните расчетное (f) и табличное (F) значения параметра распределения Фишера, которые выводятся в соответствующих окнах на лицевой панели ВП.

В случае если гипотеза об адекватности не подтверждается, повысьте степень полинома на одну единицу и повторите пункт 4.2.1. Выполняйте эту процедуру до тех пор, пока не будут получены удовлетворительные ре­зультаты (как правило, модель адекватна и значима при п=5 - 6).

4.2.2. Нажмите на передней панели ВП кнопку «Перейти к зада­нию 3», на экране появится лицевая панель ВП, необходимая для выпол­нения задания 3 (рис.3.7).

Рис. 3.7. Лицевая панель ВП при выполнении задания 3

Задание 3. Сохранение результатов

На лицевой панели ВП представлены результаты обработки экспе­риментальных данных и анализа математической модели.

Оцените самостоятельно или с помощью преподавателя полученные данные. Если они удовлетворительны, сохраните результаты работы:

Введите оригинальные имена файлов для сохранения рассчитанных значений коэффициентов модели и статистических параметров.

4.3.1. Нажмите на передней панели ВП кнопку «Сохранить».

41

4.3.2. Нажмите на передней панели ВП кнопку «Перейти к зада­нию 4», на экране появится лицевая панель ВП, необходимая для выпол­нения задания 4 (рис.3.8).

Задание 4. Определение электрических параметров туннельного диода

Электрические параметры туннельного диода определяются ВП ав­томатически в результате анализа математической модели.

Рис. 3.8. Лицевая панель ВП при выполнении задания 4

На графике отображаются экспериментальная зависимость и матема­тическая модель. С помощью пунктирных визирных линий отмечаются ха­рактерные точки ВАХ, соответствующие рис.3.1. Скопируйте изображение ВАХ с графического индикатора в буфер обмена и затем поместите на страницу отчета.

Справа на экране ВП будут представлены следующие электрические параметры туннельного диода:

• напряжение пика U_P;

• пиковый ток I_Р;

• напряжение впадины U_v;

• ток впадины I_v;

• отношение токов пик/впадина (I_P/ I_v);

• напряжение, при котором ток второй ветви равен пиковому току Ufp;

• разность напряжений Ufp- U_P.

Перепишите значения перечисленных параметров в отчет.

Выключите ВП, для чего нажмите на панели ВП кнопку «Заверше­ние работы».

• Что такое туннельный эффект?

• Каковы особенности структуры туннельного диода по сравнению с выпрямительным диодом?

• Чем отличаются вольтамперные характеристики туннельного и вы­прямительного диодов?

• Какой участок ВАХ туннельного диода является рабочим?

• Перечислите основные электрические параметры туннельного диода.

• Какие электронные устройства можно реализовать на базе туннель­ного диода?

• Как правильно выбрать параметры регрессии?

• Как оценить качество полученной ВАХ?

• Объясните, на основании каких соображений в работе выбираются параметры электрической схемы включения ТД.

• Насколько точно определены в работе параметры туннельного дио­да? От чего может зависеть качество полученных результатов?

Дата добавления: 2015-05-06