лб7.1 / tekstraboti7.1
.docx
Лабораторная работа 7.1
Исследование
полупроводникового диода в динамическом и импульсном
режимах
Лабораторная работа 7.1
Исследование полупроводникового диода
в динамическом и импульсном режимах
Цели работы
Освоить методику исследования полупроводниковых приборов в
динамическом и импульсном режимах.
Исследовать влияние частоты входного сигнала на работу полу-
проводникового диода в схеме выпрямителя.
Исследовать процесс восстановления закрытого состояния диода
в импульсном режиме.
Подготовка к выполнению работы
Изучите разделы курса, посвященные работе полупроводниковых диодов в динамическом и импульсном режимах [1, п., 2.8].
Изучите порядок выполнения работы и подготовьте протокол для ее выполнения.
Порядок выполнения работы
1. Исследование полупроводникового диода
в динамическом режиме
1.1. Проверка и настройка измерительных приборов
Выберите слева в нижнем ряду гнезд коммутационного пульта точку А и подключите к этой точке выход генератора переменного сигнала (используйте выходное гнездо 1:1), левый вольтметр и вход первого (левого) канала осциллографа. Аналогично справа в нижнем ряду выберите точку В и подключите к ней правый вольтметр и вход второго (правого) канала осциллографа. Соедините точки А и Б между собой проводниками.
Включите генератор переменного сигнала и установите его частоту fГ = 1 кГц. Переключите вольтметры в режим измерения переменных сигналов и увеличивая выходное напряжение генератора убедитесь в том, что вольтметры показывают одинаковые значения напряжения. Установите действующее (эффективное) значение напряжения на выходе генератора UГ = 1 В.
Включите осциллограф и получите устойчивые осциллограммы переменного сигнала по обоим каналам.
1.2. Исследование амплитудно-частотной
характеристики выпрямителя
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) выпрямителя представляет собой зависимость выпрямленного тока IО от частоты входного сигнала fГ. Для ее построения по оси частот обычно используется логарифмический масштаб. В этом случае ось абсцисс делится на равные отрезки пропорционально величине десятичного логарифма частоты. При этом чаще на оси указываются не значения логарифма, а сама частота в Герцах (101; 102; 103; 104, и т.д.). Такой масштаб оказывается довольно грубым, поскольку на каждом отрезке частота изменяется на порядок (на декаду). Для получения промежуточных значений можно использовать калькулятор. В простейшем случае достаточно разделить каждый отрезок на три равные части, тогда получившимся новым отметкам будут соответствовать (приблизительно) цифры 2 и 5. В результате значения частоты вдоль оси будут изменяться следующим образом: 10 Гц; 20 Гц; 50 Гц; 100 Гц; 200 Гц; 500 Гц; 1 КГц; 2 КГц; 5 КГц и т.д.
При построении АЧХ величины, откладываемые по оси ординат, обычно приводятся в нормированном виде. В нашем случае полученные в результате измерений значения выпрямленного тока на разных частотах следует отнормировать к величине тока на частоте 1 КГц. Подготовьте на миллиметровке заготовку графика для построения АЧХ выпрямителя с учетом
приведенных выше рекомендаций.
Рис. 7.1.
Соберите приведенную на рис. 7.1 схему диодного выпрямителя с резистивной нагрузкой. Эта схема исследовалась в квазистатическом режиме в лабораторной работе 3 (см. рис. 3.1). Однако, не стоит путать емкость, шунтирующую по переменному току миллиамперметр, измеряющий выпрямленный ток в схеме на рис. 7.1, с фильтрующей емкостью в схеме на рис. 3.1.
Для получения АЧХ выпрямителя можно использовать два подхода. В соответствие с первым из них необходимо на частоте fГ = 1 кГц зафиксировать действующее значение напряжения входного сигнала, например, UГ = 1 В и, изменяя частоту в пределах от 100 Гц до 100 КГц, записывать в таблицу 7.1 значения выпрямленного тока IО. При этом необходимо следить за тем, чтобы напряжение UГ = 1 В поддерживалось на всех частотах. Далее следует отнормировать все значения тока к его величине на частоте fГ = 1 кГц и построить на графике 7.1 АЧХ. Пользуясь графиком следует определить значение предельной частоты выпрямителя f ПРЕД, на которой величина выпрямленного тока уменьшается в √2 раз по сравнению с его значением на частоте 1 кГц.
Второй подход позволяет избежать нормировки. Для этого на частоте fГ = 1 КГц следует зафиксировать такое значение напряжения UГ*, при котором выпрямленный ток будет равен IО = 1 мА. Именно это значение напряжения необходимо поддерживать на всех частотах.
Таблица 7.1
fГ |
КГц |
|
IО |
мА |
|
IО НОРМ |
- |
|
Параллельно с исследованием АЧХ наблюдайте за изменением формы напряжения на нагрузке. На графике 7.2 нарисуйте осциллограммы этого напряжения на частотах 1 КГц, 10 КГц, 100 КГц и f ПРЕД.
Исследование полупроводникового
диода в импульсном режиме
Прежде, чем приступить к измерениям следует сделать одно важное замечание. Поскольку вольтметры позволяют измерять только действующее значение синусоидального напряжения в импульсном режиме они не используются. Поэтому далее измерение размаха импульсов напряжения (термин амплитуда к импульсным сигналам обычно не применяется) будет проводиться с помощью осциллографа.
Рис. 7.2.
Соберите схему, приведенную на рис. 7.2. Переключите генератор низкой частоты в импульсный режим. Установите частоту следования импульсов fГ = 10 кГц и размах импульсов UГ = 2 В. Получите на экране осциллографа устойчивое изображение импульса напряжения на нагрузке и определите величину обратного выброса напряжения на нагрузке UОБР и длительность переходного процесса, в течение которого диод возвращается в закрытое состояние tВОСТ. На графике 7.3 нарисуйте полученную осциллограмму.
С помощью графика рассчитайте величину заряда переключения QПЕР = ∫ iОБРdt, численно равную площади фигуры, ограниченной обратным выбросом тока, протекающего через диод iОБР. Связь тока, протекающего через диод и нагрузку (они включены последовательно), и напряжения на нагрузке определяется законом Ома.
Повторите измерение величин UОБР, tВОСТ и расчет QПЕР при размахах импульсов UГ = 5 В и UГ = 10 В. Значения полученных величин записывайте в таблицу 7.2 и с ее помощью постройте на графике 7.4 зависимости tВОСТ и QПЕР от величины размаха импульсов UГ.
Таблица 2
-
UГ
В
2
5
10
tВОСТ
мкс
QПЕР
Кл
При подготовке выводов по лабораторной работе продумайте ответы
на следующие вопросы:
Почему при построении АЧХ используется логарифмический
масштаб? Чем он удобен?
Чем объясняется завал АЧХ в области высоких частот?
Какими носителями заряда создается обратный выброс тока,
наблюдаемый в динамическом и импульсном режимах?
Почему этот выброс тока не наблюдается на низких частотах
(в квазистатическом режиме)?