zaLrOavrsu

амплитуду колебаний напряжения на колебательном контуре. Результаты измерений занести в протокол, зарисовать полученную осциллограмму.

7. Не изменяя напряжения питания схемы, подключить осциллограф к шунту RS3 и измерить амплитуду тока индуктивности в конце стадии ее зарядки и продолжительность зарядки. Результаты измерений занести в протокол, зарисовать полученную осциллограмму.

8. Снять зависимость периода собственных колебаний колебательного контура от количества витков в катушке. Измерения проводить на напряжении питания 10 В. Результаты измерений занести в табл. 6.1.

6.3.Содержание отчета

1.Цель работы, схемы измерений.

2.Рассчитанные значения (с помощью (6.7)) индуктивности низкочастотного дросселя для двух исследованных режимов.

3.Осциллограммы токов и напряжений.

4.Рассчитанные значения индуктивности высокочастотного контура, тока в конце зарядки дросселя и запасенной в нем энергии для расчетного и экспериментального значений тока.

5.Теоретический и экспериментальный графики зависимости индуктивности от количества витков (расчет на основе экспериментальных данных с помощью (6.5), теоретический расчет индуктивности с помощью (6.2)).

6.Рассчитанное (с помощью (6.6)) значение энергии, сообщаемой от дросселя конденсатору в колебательном контуре.

7.Выводы по результатам исследований.

Лабораторная работа № 7 ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕТОДИОДОВ И ФОТОДИОДОВ

Цель работы – ознакомление с основными параметрами светодиодов и фотодиодов, их измерение.

7.1. Основные сведения о свето- и фотодиодах

Светодиод – полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. При протекании через диод прямого

31

тока происходит инжекция неосновных носителей заряда (электронов или дырок) в базовую область диодной структуры. Процесс самопроизвольной рекомбинации инжектированных неосновных носителей заряда, происходящих как в базовой области, так и в самом p– n-переходе, сопровождается переходом их с высокого энергетического уровня на низкий. При этом избыточная энергия выделяется путем излучения кванта света. Для изготовления светодиодов используются следующие полупроводниковые материалы: фосфид галлия (GaP), карбид кремния (SiC); твердые растворы: галлий– мышьяк– фосфор (GaAsP) и галлий– мышьяк– алюминий (GaAsAl), а также нитрид галлия (GaN), который имеет наибольшую ширину запрещенной зоны (∆W > 3,4 эВ), что позволяет получать излучение в коротковолновой части видимого спектра вплоть до фиолетового.

На рис. 7.1 представлены несколько ВАХ для различных светодиодов. С некоторого порогового значения напряжения начинается резкий рост тока, это позволяет определить материал полупроводника.

Фотодиод – приемник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счет процессов в p– n-переходе.

При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p– n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей – дрейфовым током.

32

3. Поместить светодиод в кожух с фотодиодом. Изменяя входное напря-

жение Uвх (контролируется с помощью стрелочного вольтметра) от 0 до 20 В,

измерить зависимости падения напряжения на балластном резисторе Rб от падения напряжения на резисторе R2, результаты измерений занести в протокол (табл. 7.1). Повторить измерения для двух оставшихся светодиодов.

Таблица 7.1

Результаты исследования яркости светодиодов

UR2, В для желтого светодиода

Uб, В для желтого светодиода

UR2, В для красного светодиода

Uб, В для красного светодиода

UR2, В для зеленого светодиода

Uб, В для зеленого светодиода

4. Собрать схему, изображенную на рис. 7.4 (поскольку в лабораторной работе используется режим фотопреобразователя, схему необходимо собирать, соблюдая полярность фотодиода, для этого отрицательный вывод (красный) подключается к питанию +28 В, положительный (черный) – к об-

щей точке через балластный резистор Rб).

Общ.

Рис. 7.4. Схема исследования ВАХ фотодиодов

Таблица 7.2

Результат исследования ВАХ фотодиода в режиме фотопреобразователя

34

5. Поместить светодиод в кожух с фотодиодом, измерить зависимости па-

дения напряжения на балластном резисторе Rб от обратного напряжения, пода-

ваемого на фотодиод, результаты измерений занести в протокол (табл. 7.2). Повторить измерения для двух оставшихся светодиодов и без внешней засветки.

7.3.Содержание отчета

1.Цель работы, схемы измерений.

2.Графики зависимости яркости светодиодов от проходящего через них тока. Ток светодиода ILED = U R2 (R2), яркость светодиода определяется то-

ком фотодиода (при этом I f = Iб, Iб = Uб Rб ).

3.Графики обратной ветви вольт-амперной характеристики фотодиода при различных освещенностях (U f ≈ Uвх, I f = Uб Rб ).

4.Выводы по результатам исследований.

Лабораторная работа № 8 ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Цель работы – ознакомление с принципом действия и характеристиками однофазных схем выпрямления переменного напряжения.

8.1. Основные сведения об однофазных выпрямителях

Выпрямитель – это устройство, преобразующее переменное напряжение в постоянное. Выпрямители необходимы везде, где необходимо питать радиоэлектронную аппаратуру от сети переменного напряжения. Выпрямители подразделяются на однофазные, питающиеся от однофазного напряжения, и трехфазные. В качестве источника питания выпрямителя обычно используют трансформатор. Трансформатор обеспечивает гальваническую развязку цепи постоянного тока (цепи нагрузки) от сети переменного тока, а также слу-

жит преобразователем входного переменного напряжения U1 в напряжение

U2 (рис. 8.1). Основной характеристикой трансформатора является коэффи-

циент трансформации, определяемый выражением:

n = U2 = w2 , U1 w1

где U1 и U2 – действующие напряжения на первичной и вторичной обмотках соответственно; w1 и w2 – число витков первичной и вторичной обмоток со-

35

ответственно. Если U2 > U1, то трансформатор называют повышающим, если

U2 < U1 – понижающим.

Воднополупериодном выпрямителе (рис. 8.2) вентиль VD (обычно полу-

проводниковый диод) пропускает ток только в одном направлении и, таким образом, осуществляет выпрямление переменного тока.

При этом ток во вторичной обмотке трансформатора протекает не более половины периода фазного напряжения. В символическом изображении вен-

тиля направление тока указывает электрод в форме стрелки (анод). Электрод в виде вертикальной черты называется катодом. Протекание тока через вен-

тиль возможно лишь тогда, когда между анодом и катодом действует прямое напряжение. В этом случае принято говорить, что вентиль открыт. При воз-

действии обратного напряжения ток через него не протекает. При подключе-

нии первичной обмотки трансформатора к сети синусоидального напряжения с действующим значением U1 во вторичной обмотке индуцируется напряже-

ние U2 = U2m sin ωt. В те моменты времени, когда на выходе трансформатора возникает положительная полуволна, вентиль открыт и через сопротивление

нагрузки ( Rн ) протекает ток iRн (рис. 8.3).

36

При изменении полярности вторичного напряжения к аноду вентиля прикладывается отрицательное напряжение относительно катода и он запирается. Таким образом, за каждый период через нагрузочный резистор протекает ток только в одном направлении в течение одного полупериода. Пред-

где I2m = IRн max = U2m . Первый член этих рядов определяет среднее значе-

Rн

ние (постоянную составляющую) выпрямленного напряжения и обусловленного им тока:

Из выражения (8.1) видно, что постоянные составляющие указанных величин в π раз меньше амплитудных значений.

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения ( kп ) равен отно-

шению амплитуды низшей гармоники (в данном случае первой) к значению постоянной составляющей U0 :

но в вентилю в запертом состоянии, равно амплитуде вторичного напряжения:

Uобр m = U2m.

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой содержит два вентиля (диода) VD1 и VD2 (рис. 8.4) и использует трансформатор, имеющий вывод средней точки вторичной обмотки (СОМ). Нагрузка Rн подключается между общей точкой ди-

одов и средней точкой вторичной обмотки трансформатора. Напряжения на противоположных концах вторичной обмотки нахо-

37

Коэффициент пульсации, рассчитываемый аналогично (8.2), равен: kп = 23 = 0,66

и в два с лишним раза меньше, чем в однополупериодной схеме. По сравнению с однополупериодным выпрямителем данный выпрямитель позволяет в 2 раза увеличить мощность, отдаваемую в нагрузку, без увеличения установочной (габаритной) мощности трансформатора.

Двухполупериодный режим работы выпрямителя можно реализовать с трансформатором без средней точки вторичной обмотки в так называемой мостовой схеме (рис. 8.6), которая состоит из четырех вентилей VD1– VD4, образующих выпрямительный мост. Одна диагональ моста (АС) подключается к вторичной обмотке трансформа-

тора, а ко второй диагонали (BD), с которой снимается выпрямленное напря-

жение, подключается нагрузка Rн.

Когда на верхнем конце вторичной обмотки трансформатора действует положительное напряжение относительно нижнего конца (обозначенное на

Рис. 8.7. Временная диаграмма токов и напряжений в мостовой схеме выпрямления

39

рисунке знаками «+» и «–» без скобок), вентили VD1 и VD3 открыты, так как к их анодам прикладывается положительное напряжение относительно катодов и через них протекает ток по цепи: А – VD1 – В – Rн – D – VD3 – C.

В этот же период вентили VD2 и VD4 закрыты.

Когда напряжение на вторичной обмотке меняет свою полярность (на рисунке она указана знаками «+» и «– » в скобках), вентили VD1 и VD3 закрываются, а вентили VD2 и VD4 открываются. Таким образом, в мостовой схеме реализуется двухполупериодное выпрямление, при котором ток в нагрузке течет в неизменном направлении в течение обоих полупериодов переменного входного напряжения (рис. 8.7). Данная схема выпрямления имеет более простой, а значит, более дешевый трансформатор, а обратное напряжение, прикладываемое к вентилю, в 2 раза ниже, чем в схеме двухполупериодного выпрямления со средней точкой. Недостатком является необходимость применения удвоенного количества вентилей, что приводит к снижению КПД.

8.2.Порядок выполнения исследований

1.Вставить в разъем ХР1 лабораторного стенда плату, содержащую диод для исследования однополупериодной схемы выпрямления.

2.Для измерения постоянной составляющей тока нагрузки выпрямителя включить амперметр постоянного тока (мультиметр 1) между выходом выпрямителя Udc и сопротивлением нагрузки Rн1 (дроссель L1 и конденсаторы С1 и С2 в данной лабораторной работе не используются) (рис. 8.8).

3.Для измерения постоянной составляющей выходного напряжения выпрямителя подключить параллельно соединению Rн1 + Rb1 цифровой вольтметр постоянного тока (мультиметр 2).

4.Снять нагрузочную характеристику выпрямителя (зависимость выходного напряжения от тока), после чего отключить мультиметр 2 от сопротивле-

Рис. 8.8. Принципиальная схема измерений

40