3. Задание.

В схеме рис. 1.2 определить необходимую величину источника напряжения V1 (1) для обеспечения в цепи R1, D1 тока, заданного преподавателем, используя совместные ВАХ диода и резистора.

На характеристике диода отмечается точка 1 с заданным током I1 и определяется соответствующее падение напряжения на диоде V₁(D) (рис. 1.5). Рассчитывается падение напряжения на резисторе V₁(R) при заданном токе I₁ (V₁(R) = I_1·R1) и откладывается по оси напряжений от точки V₁(D). Полученная сумма V₁(1) = V₁(D) + V₁(R) определяет величину напряжения, создающего заданный ток в цепи.

Рис. 1.5

Наклонная прямая с началом в точке V₁(1) на оси Х, проходящая через точку 1, является ВАХ резистора, направленной встречно ВАХ диода.

С ростом заданного тока рабочая точка диода перемещается вверх по его характеристике. Прямая ВАХ резистора с углом наклона α переносится в новую рабочую точку. Ее пересечение с осью Х дает новое значение источника напряжения V₂(1).

Лабораторная работа № 2

Влияние температуры на вольтамперные характеристики диодов

Однополупериодный диодный выпрямитель.

1. Зависимость вах диодов от температуры

Увеличение температуры при поддержании неизменного тока через диод приводит к уменьшению падения напряжения на диоде.

Следует построить семейство ВАХ кремниевого диода, в зависимости от температуры, используя схему рис. 2.1, а.

Рис. 2.1, а Рис. 2.1, б

После построения чертежа схемы и ее сохранения производится переход в режим расчета по постоянному току по команде Analysis > DC. В открывшемся диалоговом окне задания на расчет (рис. 2.2) в строке Variable 1 в ячейке Name указывается имя варьируемого параметра V1, а в ячейке Range его максимальное значение, минимальное и шаг.

В группе полей, объединенных заголовком Temperature, устанавливается линейный Linear метод изменения температуры и задается ее максимальное, минимальное значение и шаг изменения, например 100, 20, 40.

В таблицу с параметрами, используемыми при выводе результатов моделирования, записываются данные для графика функции I_D1 = f (V_D1).

Рис. 2.2

При нажатии кнопки RUN на экран выводится семейство ВАХ (рис. 2.3).

Рис. 2.3

С помощью полученных графиков при заданном токе (ток задается преподавателем) рассчитывается изменение напряжение на диоде с изменением температуры на 1^о С: ∆V ∕ ∆T при I = const.

При активной пиктограмме наносятся значения координат выбранных точек. Нужная точка отличается нажатием левой клавиши мыши при совмещении с точкой перекрестия маркера и буксировке маркера в удобное место для фиксации координат.

2. Однополупериодный выпрямитель диодов.

Простейшим примером использования выпрямительных свойств диодов является схема, представленная на рис. 2.1, б. Преобразование переменного тока в постоянный по направлению ток осуществляется с помощью диода.

При действии положительного полупериода входного напряжения диод включен в прямом направлении, его сопротивление r << R₁ и выходной сигнал повторяет форму входного сигнала. При действии отрицательного полупериода диод включен в обратном направлении, его сопротивление R_обр >> R₁ и выходное напряжение практически равно нулю.

Величина R_обр оценивается ориентировочно отношением U_обр к току насыщения I_обр (справочные данные). Для диода 1N4148 обратный ток составляет I_обр ≈ 7·10^-9 А. При U_обр = 5 В величина сопротивления диода в обратном направлении равна R_обр = 5 / 7∙10^-9 ≈ 700∙10⁶ Ом.

При построении чертежа схемы (рис. 2.1, б) источник синусоидального сигнала V1 вводится из меню Component > Analog Primitives > Waveform Sources > Voltage Sources.

После фиксации источника V1 на схеме открывается диалоговое окно задания параметров. В строке VALUE для источника задается сигнал Sin (0, 5V, 1k), где первая цифра в скобках - постоянная составляющая, 5 V - амплитуда сигнала, 1 k - частота.

Создание чертежа схемы завершается простановкой узлов и сохранением схемы.

Построение переходных характеристик производится при выборе меню Analysis > Transient. Задание параметров моделирования производится в открывшемся диалоговом окне Analysis Transient Limits.

В строке Time Range указывается длительность временного интервала по оси X. Обычно этот интервал времени выбирается равным двум периодам входного сигнала (2 ms).

В столбце X Expression отмечается переменная T, а в столбце X Range указывается максимальное время по оси X, обычно равное Time Range. В ячейках столбца Y Expression отмечаются выводимые на график функции:

V(1) - напряжение источника сигнала,

V(2) - напряжение на выходе схемы,

V(D1) - падение напряжения на диоде.

В графе Y Range устанавливаются границы отображения этих функций, определяемые по максимальному и минимальному значению функций.

Результат моделирования приведен на рис. 2.4.

P	X Expression	Y Expression	X Range	Y Range
1	V (D1)	V(1)	2 m, 0	5v, - 5v
1	Т	V (2)	2 m, 0	5v, - 5v
1	Т	V(D1)	2 m, 0	5v, - 5v

Рис. 2.4

Моделирование начинается при нажатии кнопки Run или при нажатии клавиши F2. Закрытие режима анализа и возврат в окно схемы производится нажатием клавиши F3 или по команде Transient > Exit Analysis.

По полученным графикам при амплитудном значении входного сигнала V_m следует определить падение напряжения на диоде V(D1), напряжение на выходе схемы V (2) и рассчитать ток в цепи I_m = V (2) / R1.

Координаты соответствующих точек на графике отмечаются в режиме активной пиктограммы .