Задание к лабораторной работе

На основании заданного преподавателем типа светодиода, необходимо рассчитать: сопротивление и мощность ограничивающего резистора R_огр (R₁) (рисунок 6.2, 6.3). Параметры светодиода взять из электронного справочника INQUIRY.EXE, выбрать стандартное значение сопротивления из ряда Е24, заполнить таблицу 6.1.

Таблица 6.1 – Исходные данные

Тип диода	Параметры источника ЭДС	Параметры светодиода
	Е, В	Iпр, мА	Uпр max, В	Iпр max, мА	Uобр max, В	T, °C

Rогр (R1), Ом	Рогр, Вт	тип резистора Rогр

Порядок выполнения работы

1. Рассчитать параметры и выбрать ограничивающее сопротивление для исследования параметров светодиода (рисунок 4.2, 4.3):

,

2. Для построения вольт-амперной характеристики светодиода (ВАХ) в программе Multisim собрать схему, указанную на рисунке 6.5. Осуществить моделирование её работы изменяя ЭДС источника питания.

Светодиод выбирается из библиотеки элементов согласно заданию и подключается к источнику постоянного напряжения.

ВАХ можно получить с помощью характериографа XIV1.

Рисунок 6.5 – Схема для снятия ВАХ светодиода в среде Multisim

3. Снять ВАХ светодиода при изменении опции «температура окружающей среды».

4. Для экспериментального получения ВАХ диода на макетной плате из полученного набора элементов собрать схему, приведенную на рисунке 4.3. Вместо выпрямительного диода VD1 подключить светодиод.

Постоянное напряжение на вход схемы подаётся от генератора ГН1 блока управления К32. Прямое падение напряжение на светодиоде U_пр поступает на дифференциальный канал AI1, а напряжение на ограничивающем резисторе R1 на дифференциальный канал AI2 устройства сбора данных NI USB-6009. Для определения тока I_пр необходимо применить закон Ома

,

что реализовано на блок-диаграмме виртуального прибора (рисунок 4.4). Считывание напряжений осуществляется блоком «DAQ Assistant». ВАХ формируется с помощью блоков «Build XY Graph» и «XY Graph» (рисунок 4.4) и отображается в виде, представленном на рисунке 4.3.

Сравнить результаты моделирования, экспериментальные результаты со справочными данными.

5. Для исследования оптоэлектронного переключателя-инвертора на основе диодной оптопары К293ЛПIА (рисунок 6.6):

5.1 В блок управления БУ К32 вставить сменное устройство УС 11.

5.2 Подключить осциллограф в выводу 4 DD3, соединив кабелем гнездо Y/300 V_max (вход осциллографа) с гнездами “ВыходV~” БУ. Проводником соединить гнездо XS1 и гнездо “Вход 2” блока “коммутатор”. Нажать кнопку ВС_в|В_нК в этом блоке и кнопку “ВХ2” в блоке “Контроль V~”. Получить на экране осциллографа устойчивое изображение последовательности импульсов. С помощью мультиметра измерить их амплитуду, период, рассчитать частоту.

5.3 Подключить Вход 1 DD3 к осциллографу, используя программатор СИ, нажав кнопку “ВХ1|ВХ2” и “ВС_в|В_нК” в блоке КВУ и, установив номер канала прохождения импульсов (КПИ) с помощью кнопок “2⁰-2^3”, “устан.0” и “пуск”. Получить устойчивое изображение сигнала на экране осциллографа. С помощью мультиметра измерить период и рассчитать частоту следования импульсов и период и частоту импульсов в пачке. Полученные осциллограммы зарисовать в отчете.

5.4 Подключить выход 8 DD3 к осциллографу, установив КПИ=2. Получить на экране осциллографа изображение выходного сигнала, с помощью мультиметра измерить его амплитуду, период и рассчитать частоту. Сравнить полученные данные с данными П.5.3. Осциллограмму зарисовать.

5.5 Установив КПИ=3, получить на экране осциллографа проинвертированный сигнал на выходе оптрона. Осциллограмму зарисовать.

5.6 Сравнить параметры входного и выходного сигналов оптрона и сделать выводы по полученным результатам.

Рисунок 6.6 – Схема электрическая оптопары К293ЛПIА

6. Сделать выводы по результатам работы.

Содержание отчёта

Отчёт по работе должен содержать: цель работы, задание к работе, схемы для моделирования работы светодиода в среде Multisim, блок-диаграмма виртуального прибора для экспериментального исследования и диалоговое окно, ВАХ светодиода по результатам моделирования и экспериментальную, осциллограммы входных и выходных напряжений оптоэлектронного переключателя-инвертора, выводы по работе.

Лабораторная работа №7. Исследование работы управляемого выпрямителя

Цель работы: изучение устройства и принципа действия управляемого выпрямителя на базе тиристора, экспериментальное исследование его характеристик при работе на активную нагрузку.

Общие сведения

В некоторых практически важных случаях необходимо использовать источники напряжения с изменяемым в процессе работы выходным напряжением. Например, при зарядке автомобильного аккумулятора напряжение и ток зарядки можно сделать достаточно большим, чтобы ускорить процесс, однако по мере зарядки его необходимо уменьшать, чтобы не повредить аккумуляторную батарею. Для этого можно использовать простейшие схемы с автотрансформатором или реостатом в качестве управляющего элемента, однако, в этом случае велики потери энергии на управляющих элементах, которые, кроме того, имеют большие габариты и массу. Автоматизировать работы таких источников напряжения также достаточно сложно, поскольку необходимо использовать механические приводы управления. Решением проблемы является использование в качестве управляющего элемента полупроводникового прибора – тиристора, которые одновременно является и выпрямляющим элементом.

Тиристор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя или более p-n-переходами и тремя выводами. Структура, условное обозначение и вольтамперная характеристика тиристора приведены на рисунке 7.1. Его основу составляет кристалл кремния, в котором созданы четыре слоя с разными типами электропроводности. Внешний p-слой называют анодом (А), внешний n-слой – катодом (К), а два внутренних слоя – базами. Одна из баз имеет вывод – управляющий электрод (У). При прямом включении (анод положителен по отношению к катоду) переходы П1 и П3 смещены в прямом направлении и ток I_пр определяется высоким сопротивлением закрытого перехода П2. До тех пор пока П2 закрыт, прямой ток практически равен нулю. При поступлении на управляющий электрод импульсного сигнала за счет перераспределения зарядов в области баз переход П2 открывается. Сопротивление его уменьшается и тиристор переходит на рабочую часть характеристики, подобную прямой ветви характеристики диода. Таким образом, тиристор можно считать управляемым диодом, который проводит ток только в одном направлении после поступления разрешающего сигнала на управляющий электрод. Он остается во включенном состоянии, пока протекающий через него ток больше критического, называемого током удержания I_уд. Как только I_пр станет меньше I_уд, тиристор закрывается.

П ри обратном включении тиристора (анод отрицателен по отношению к катоду) закрыты два перехода П1 и П3 и тиристор тока не проводит. Для нормальной работы тиристора надо, чтобы напряжение на нем не превышало при прямом и при обратном включении допустимых значений U_{вкл max} и U_{обр max}.

Н а рисунке 7.2 показана схема стенда для исследования управляемого выпрямителя. При отключенном выключателе В цепь тиристора VS2 разомкнута и получаем схему однополупериодного выпрямителя на двух последовательно включенных вентилях VD2 и VS1. Диод VD2 открыт все положительные полупериоды напряжения, и процессы управления выпрямленным напряжением определяются работой тиристора VS1.

Б ез управляющего тока i_y тиристор не откроется даже в положительные полупериоды u₂. Напряжение на нагрузке u_н и ток i_н будут равны нулю. Управляющий ток i_у в виде коротких импульсов вырабатывается и подается на управляющий электрод тиристора блоком управления БУ. Эти импульсы синхронизированы с положительными полупериодами напряжения u₂. С помощью потенциометра их можно смещать по фазе относительно u₂ на угол , называемый углом управления. Угол  можно изменять в пределах от 0 до 180^.

Если управляющие импульсы приходят на тиристор в начале каждого положительного полупериода (=0^), то тиристор сразу открывается и ток через нагрузку протекает весь полупериод (рисунок 7.3) Среднее напряжение на нагрузке будет такое же, как и при работе неуправляемого выпрямителя

U_но= sintdt= U₂=0,45 .

Если с помощью БУ импульсы i_y сместить на угол  относительно напряжения u₂, то тиристор откроется с запаздыванием, и будет пропускать ток только часть полупериода от  до . В этом случае

U_{н ср}= sintdt= (1+cos)=U_но .

Таким образом, изменяя  от 0 до 180^, можно плавно регулировать U_{н ср} от U_но до 0. Ток нагрузки повторяет u_н

I_{н ср}= =I_{н о} .

При включенном выключателе В работают все четыре вентиля и получаем схему мостового управляемого выпрямителя. Принцип работы тиристоров в этой схеме не отличается от описанного выше. Управляющие импульсы i_y подаются на VS1 и VS2 синхронно с положительными полупериодами напряжения на каждом из них.

Среднее значение выпрямленного напряжения вдвое больше, чем при однополупериодном выпрямлении

U_{н ср}= sintdt=U_но , где U_но=0,9U₂.

Возможности управляемых выпрямителей определяют две основные характеристики:

0. Характеристика управления, представляющая зависимость U_{н ср}() при R_н=const.

1. Внешняя характеристика, отражающая зависимость U_{н ср}(I_{н ср}) при =const.