1. Общие сведения

Широтно-импульсный модулятор (ШИМ) представляет собой главный блок системы управления широтно-импульсного преобразователя.

ШИМ предназначен для преобразования аналогового сигнала в последовательность импульсов с изменяемой скважностью γ и постоянной частотой f. Скважность определяется как отношение длительности импульса выходного напряжения t_и к периоду выходного напряжения Т=t_и+t_п, где t_п – длительность паузы выходного напряжения ШИМ:

γ= t_и /Т, (1)

где Т=1/ f .

Анализ выражения (1) показывает, что скважность γ прямо пропорциональна длительности импульса выходного напряжения t_и и может изменяться в пределах от 0 до 1.

Н а рис.1 показана функциональная схема ШИМ, где И – интегратор, РЭ - релейный элемент, К – компаратор. На рис.2 показаны диаграммы работы ШИМ.

К омпаратор К сравнивает напряжение генератора треугольных импульсов U_гти с напряжением управления U_у и формирует на выходе разнополярные импульсы со скважностью, зависящей от напряжения управления.

Между скважностью γ и напряжением управления ШИМ U_у существует пропорциональная зависимость:

γ=К U_у ,

где К – коэффициент пропорциональности, зависящий от амплитуды генератора треугольных импульсов.

2. Программа исследований

2.1. Ознакомьтесь с расположением измерительных приборов и органов управления лабораторным стендом, настройте развертку электроннолучевого индикатора, подав на вход «Х10» треугольный периодический сигнал.

2.2. Исследуйте модель ШИМ:

• соберите схему (рис.3), используя два линейных и один нелинейный модули (К₁ =10, К₂ =5, К_н =мах, Т₁ =0,01; а₁=-1, 0 ‹ а₂ ‹1, а₃=в₃=1, с₃‹1);

• подайте на блок в₃ напряжение U_у от регулируемого источника 10 В;

• осциллографируйте выходное напряжение ШИМ;

• определите зависимость скважности от напряжения управления γ=f(U_у), данные занесите в табл.1;

• постройте полученную зависимость γ =f(U_у);

• исследуйте модель ШИМ при подаче на блок в₃ синусоидального напряжения низкой частоты от встроенного генератора АВК-6;

• осциллографируйте выходные напряжения ШИМ: U_гти , U_рэ , U_к.

Таблица 1

Uу, В
γ	0	0,5	1

Лабораторная работа 6

ДИОДЫ

Цель работы: изучение и исследование характеристик полупроводникового выпрямительного диода.

2. Общие сведения

Диод – это двухслойная полупроводниковая структура, состоящая из полупроводников двух типов: n-типа, обладающих электронной проводимостью (полупроводниковая пластина с примесью атомов фосфора), и р-типа, обладающих дырочной проводимостью (полупроводниковая пластина с примесью атомов алюминия). Переход (стык) этих двух видов полупроводников обладает переменным сопротивлением, величина которого зависит от полярности и амплитуды приложенного к выводам полупроводниковых слоев напряжения. Вывод от проводника n-типа называют катодом, а вывод от проводника р-типа – анодом. Структура полупроводникового диода и его условное графическое обозначение показаны на рис.1.

Под действием приложенного внешнего напряжения полупроводниковый диод может находиться в двух состояниях: открытом (проводящем), когда напряжение приложено в прямом направлении (плюс на аноде, минус на катоде); и закрытом (непроводящем), когда напряжение приложено в обратном направлении (плюс на катоде, минус на аноде).

Вольтамперная характеристика (ВАХ) выпрямительного диода показана на рис.2. В настоящее время в качестве основы для полупроводников обычно выступают германий и кремний. ВАХ имеет прямую ветвь (диод находится в проводящем состоянии, где его сопротивление R_д=ctg β и составляет порядка 0,3…0,5 Ом для германиевых диодов и 1,0…1,5 Ом для кремниевых диодов) и обратную ветвь (диод находится в непроводящем состоянии, где его сопротивление составляет десятки и сотни кОм).

Выпрямительные диоды выбираются по величине среднего прямого тока I_ср и допустимому обратному напряжению U_обр = (0,6…0,7)U_пр .

Марки некоторых выпрямительных диодов указаны в табл.1.

Таблица 1

Iср, А	10…25	32…40	50…80	100	160	200…320
Тип диода	Д112	Д122	Д132	Д141	Д151	Д161

Пример обозначения диода: Д132-50-7 (50 – средний ток в амперах, 7 – максимальное напряжение в сотнях вольт).

Классификация диодов:

- по материалу: германиевые и кремниевые;

- по типу (области применения): выпрямительные, универсальные, импульсные, туннельные, СВЧ-диоды, фотодиоды, стабилитроны, варикапы, динисторы.

2. Программа исследований

2.1. Настройте развертку электроннолучевого индикатора, подав на вход «Х10» треугольный периодический сигнал.

2.2. Исследуйте модель полупроводникового диода:

• соберите схему диода (рис.3), используя нелинейный сменный модуль (К=5, К₁ = К₃ = К₄ = К₅ =мах, К₂ =0, а = в = 1);

• предварительно настройте нелинейный модуль на релейную характеристику (рис.2), подав на вход с ГТН треугольное напряжение U_вх и включив на выход электроннолучевой индикатор ЭИ;

• снимите характеристику диода U_вых=f(U_вх), используя вольтметр и источник входного напряжения 10 В; данные занесите в табл.1;

• п остройте полученную характеристику U_вых=f(U_вх).

Таблица 1

Uвх, В	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Uвых, В
Uвх, В	0	-1	-2	-3	-4	-5	-6	-7	-8	-9	-10
Uвых, В

Лабораторная работа 7

ВЫПРЯМИТЕЛИ

Цель работы: изучение и исследование схем однофазных однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей.