лр_2

_{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 в среде Micro-cap.

Студентка гр. 0502
Преподаватель

Санкт-Петербург

2022

Цель работы.

Изучение основных свойств полупроводниковых диодов по их вольт-амперным характеристикам.

Используемое оборудование:

NI ELVIS Two-Wire Current-Voltage Analyzer, макетная плата NI ELVIS.

Диод		Характеристика
светодиоды	Красный	падение напряжения находится в диапазоне 1,63-2,03 В
	Синий	падение напряжения находится в диапазоне 2,5-3,7 В
	фиолетовый	падение напряжения находится в диапазоне 2,8-4 В
	оранжевый	падение напряжения находится в диапазоне 2,03-2,4 В
Шоттки	1N5817	 Максимальное постоянное обратное напряжение - 20 В  Максимальный постоянный прямой ток - 1 А  Максимальное прямое напряжение - 0.45 В  Максимальный обратный ток - 1000 мА  Максимальный импульсный прямой ток - 30 А  Максимальная рабочая температура - 125 °С
	1N5819	 Постоянное обратное напряжение (max): 40В  Импульсное обратное напряжение (max): 40В  Прямой выпрямленный ток (max): 1А  Допустимый прямой импульсный ток (max): 25А  Обратный ток (max): 1мА  Прямое напряжение (max): 0,6В  Рабочая температура: -65…100 °C
BAV21A		Максимальное постоянное обратное напряжение, В 200. Максимальное импульсное обратное напряжение, В 250. Максимальный прямой (выпрямленный за полупериод) ток, А 0.2. Максимально допустимый прямой импульсный ток, А 0.625.
Выпрямитель 1N4004		 Максимальное постоянное обратное напряжение 400 В  Максимальный постоянный прямой ток 1 А  Емкость диода - 15 пФ  Максимальное прямое напряжение 1,1 В  Рабочая температура -65…+175 °С

Основные теоретические положения.

Полупроводниковые диоды это компоненты с одним электронно-дырочным переходом (p-n-переходом). Свойство p-n-перехода способность изменять свое сопротивление в зависимости от полярности приложенного напряжения.

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.

ВАХ идеального p-n-перехода описывается следующим уравнением:

(1)

Где I₀ – обратный ток p–n-перехода, А; q – заряд электрона (q 1,6*10^-19 Кл); K – постоянная Больцмана (k=1,38*10^-23Дж/К).

Наличие p-n-перехода позволяет использовать диоды как выпрямители напряжения. Выпрямители устройства, позволяющее преобразовывать переменное напряжение в постоянное (однополупериодные, двуполупериодные – диодный мост).

Рисунок 0. Диодные выпрямители

а — однополупериодный, б — двуполупериодный

Выпрямительные диоды предназначены для выпрямления переменного тока, т.е. для преобразования переменного напряжения в постоянное. Характеристики: 1) малые потери в переходе; 2) способностью пропускать большие токи;

Обычно работают на частоте сети переменного тока 50-60 Гц.

Обработка результатов эксперимента.

1. Скриншоты моделирования ВАХ в Micro-cap для диодов.

I(U)

Рис 1. ВАХ 1N4148

I(U)

Рис 2. ВАХ 1N4004

I(U)

Рис 3. ВАХ BAV21

I(U)

Рис 4. ВАХ 1N5817

I(U)

Рис 5. ВАХ 1N5819

Рис 6. Исследуемая цепь

2. Скриншоты моделирования ВАХ в Micro-cap для резисторов 10кОм и 100кОм.

I(U)

Рис 7. ВАХ R=10кОм

I(U)

Рис 8. ВАХ R=100кОм

Рис 9. Исследуемая схема при R=10кОм или R=100кОм

3. Построение прямой и обратной ветви ВАХ диода.

Рисунок 10. Параметры DC Analysis для построения прямого и обратного участка ВАХ диода Шоттки 1N5817

I(U)

Рисунок 11. ВАХ с прямой и обратной ветвями для диода Шоттки 1N5817

– по полученному графику (рисунок 11)

– по техническим документациям на компонент

I(U)

Рисунок 12. ВАХ с прямой и обратной ветвями для диода 1N4148

– по полученному графику (рисунок 12)

– по техническим документациям на компонент

4. Скриншоты моделирования ВАХ с помощью NI ELVIS Two-Wire Current-Voltage Analyzer.

Рис 13. ВАХ диод Шоттки 1N5817

Рис 14. ВАХ светодиод (синий)

Рис 15. ВАХ светодиод (фиолетовый)

Рис 16. ВАХ светодиод (оранжевый)

Рис 17. ВАХ диод BAV21A

Рис 18. ВАХ диод 1N5819

Рис 19. ВАХ диод 1N4004

Рис 20. ВАХ светодиод (красный)

5. Диодные мосты.

Рис 21. Сигнал на входе и выходе (однополупериодный диодный мост).

Рис 22. Схема однополупериодного моста с диодом 1N4148.

Рис 23. Сигнал на входе и выходе для однополупериодного моста с диодом 1N4148

Рис 24. Схема двуполупериодного моста с диодами 1N4148.

Рис 25. Сигнал на выходе для двуполупериодного моста с диодами 1N4148

Рис 26. Схема двуполупериодного моста с диодами 1N4148 с конденсатором.

Рис 27. Сигнал на выходе для двуполупериодного моста с диодами 1N4148.

Рис 27. Сигнал на выходе для двуполупериодного моста с диодами 1N5817.

Вывод:

1) Сравнение полученных ВАХ:

• Диод Шоттки 1N5817:

• – в NI ELVIS (рис. 13)

– в Micro Cap (рис. 4)

Следовательно, низкое прямое падение напряжения.

• – по полученному графику (рис. 11)

– по техническим документациям на компонент

Следовательно, минимальная погрешность.

• Диод Шоттки 1N5819:

• – в NI ELVIS (рис. 18)

– в Micro Cap (рис. 5)

• Светодиоды:

• Красный: – в NI ELVIS (рис. 20)

• Синий: – в NI ELVIS (рис. 14)

• Фиолетовый: – в NI ELVIS (рис. 15)

• Оранжевый: – в NI ELVIS (рис. 16)

• Диод BAV21A:

• – в NI ELVIS (рис. 17)

– в Micro Cap (рис. 3)

• Диод выпрямитель 1N4004:

• – в NI ELVIS (рис. 19)

– в Micro Cap (рис. 2)

• Импульсный диод 1N4148:

• – в Micro Cap (рис. 1)

• – по полученному графику (рис. 12)

– по техническим документациям

2) Значения номиналов резисторов R=10 кОм и R=100 кОм совпадают с тангенсом угла наклона их ВАХ (рис. 7,8)

3) Диодные мосты.

Сигнал на входе и выходе однополупериодного диодного моста представлен на рис. 21 и для диода 1N4148 на рис. 23. Сигнал на выходе меньше сигнала на входе и проходит только положительная часть синусоиды, т.к. диод запирает при прохождении отрицательной полуволны.

Сигнал на входе и выходе двуполупериодного диодного моста для диода 1N4148 представлен на рис. 25. При этом частота сигнала на выходе увеличилась вдвое, а сам сигнал представлен в виде постоянного сигнала с импульсами.

Сигнал на выходе двуполупериодного диодного моста для диода 1N4148 и конденсатора C=100 мкФ представлен на рис. 27. При этом сам сигнал представлен в виде постоянного сигнала без импульсов.

4) Предположение: почему не используют диодные мосты на светодиодах.

• Из-за большого прямого падения напряжения

• Из-за свечения