Лаба 2 (Исследование вольт-амперных характеристик электрических компонентов) / Отчет

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра БТС

отчет

по лабораторной работе №2

по дисциплине «Элементная база электроники»

Тема: Исследование вольт-амперных характеристик электрических компонентов

Студент гр. 7501		Исаков А.О.
Студентка гр. 7501		Винограденко Ю.В.
Преподаватель		Егоров Д.А.

Санкт-Петербург

2019

Цель работы: Ознакомление с вольт-амперными характеристиками различных компонентов.

Используемое оборудование: NI ELVIS Two-Wire Current Voltage Analyzer, макетная плата NI ELVIS, резисторы, конденсаторы, полупроводники, аналоговый осциллограф, цифровой генератор сигнала.

Основные теоретические положения.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) – это зависимость тока в конкретной электрической цепи от напряжения в ней. С помощью данной характеристики достаточно просто описать поведение элемента или микросхемы при протекании через них постоянного тока. Чаще всего данная характеристика применяется для описания нелинейных элементов (у данных элементов есть какая-то реакция на изменение входных параметров). В таблице 1 приведены примеры ВАХ для различных элементов.

На практике понятие вольт-амперной характеристики чаще всего применяют к полупроводниковым диодам и транзисторам. Полупроводниковые диоды представляют собой компоненты с одним электронно-дырочным переходом (p-n-переходом). Одним из свойств p-n перехода является способность изменять свое сопротивление в зависимости от полярности приложенного напряжения. Причем разница сопротивлений при прямом и обратном направлениях тока через p-n-переход может быть настолько велика, что в ряде случаев, можно считать, что ток протекает через диод только в одном направлении.

Форма ВАХ полупроводниковых приборов зависит от температуры его полупроводниковой структуры, например, от температуры p-n-перехода. При увеличении температуры угол наклона прямой и обратной ветвей ВАХ увеличивается.

Вольт-амперная характеристика идеального p-n-перехода описывается следующим уравнением:

Где I₀ – обратный ток p–n-перехода, А; q – заряд электрона (q 1,6*10¹⁹ Кл); K – постоянная Больцмана (k=1,38*10^-23Дж/К); T – температура, К; U – приложенное напряжение, В.

Таблица 1. Пример ВАХ различных элементов

Название	Тип ВАХ
Резистор
Диод

Наличие p-n-перехода позволяет использовать диоды как выпрямители напряжения. Выпрямителями в электротехнике принято называть устройства, позволяющее преобразовывать переменное напряжение в постоянное. В электронике более распространены однополупериодные и двуполупериодные диодные выпрямители. На рисунке 1 изображена разница между диодными выпрямителями.

Рисунок 1. Диодные выпрямители а — однополупериодный, б — двуполупериодный

Классическим двуполупериодными выпрямителем является диодный мост. На вход схемы подаётся переменное напряжение (не обязательно синусоидальное). В каждый из полупериодов ток проходит только через 2 диода, 2 других — заперты. В результате, на выходе получается напряжение, пульсирующее с частотой вдвое большей частоты питающего напряжения. На рисунке 2 изображена схема диодного моста.

Рисунок 2. Схема диодного моста

Обработка результатов эксперимента

Рис.1 Используемые элементы

1. Результаты Two-Wire Current-Voltage Analyzer

Рис.2 ВАХ для резистора 1 кОм

Рис.3 ВАХ для синего светодиода

Рис. 4 ВАХ для красного светодиода

Рис.5 ВАХ для зелёного светодиода

Рис.6 ВАХ для диода 1N4148

Рис.7 ВАХ для диода 1N5817

Рис. 8 ВАХ для диода 1N4004

2. Диодные мосты

Рис. 9 Схема диодного моста на диодах 1N5817

Рис.10 Выходной сигнал диодного моста на диодах 1N5817

Рис. 11 Схема диодного моста на диодах светодиодах

Рис.12 Выходной сигнал диодного моста на синих светодиодах

3. Вывод: в результате выполнения данной лабораторной работы с помощью Two-Wire Current-Voltage Analyzer были построены ВАХ различных диодов и резистор. ВАХ для резистора имеет линейный характер, по данной характеристики мы можем определить номинал резистора. Из ВАХ светодиодов можно судить рабочее напряжение красного светодиода меньше, чем зелёного, а зелёного меньше, чем синего, что обусловлено конструкцией и типом используемых полупроводников. По ВАХ диодов 1N можно сказать, что диоды 1N4148 и 1N4004 являются обычными, а 1N5817 – диод шоттке, т.к. его напряжение пробоя равно 0.3 В. Выходные характеристики диодных мостов не приобрели теоретический вид, возможно, это произошло из-за низкого напряжения на входе (~5 В), для двуполупериодного выпрямления нужно напряжение ~ 20 В. Диодные мосты на светодиодах не используются, т.к. они имеют высокое падение напряжения и небольшой допустимый ток.