Учебное пособие 692
.pdf
лабораторный стенд.
5. Занести полученные показания в табл. 3.1, сравнить с расчетными данными, сделать выводы. Выключить питание стенда.
А |
1 |
|
А2 |
А |
3 |
|||||||
|
|
+ |
E1 |
|
|
|
R2 |
|
|
|
R4 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
5 |
В |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
3,9К |
|
|
|
16К |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
R1 |
|
|
|
R3 |
9 |
В E2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
2К |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8,2К |
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А1 |
А2 |
А3 |
-+
5В E1 |
9В E2 |
|
|
|
|
|
|
R5 |
|||||||
+ |
- |
|
|
|
|
|
|
|
680 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
330 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R3 |
|
R4 |
|
|
|
|
R6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
R2 |
|
|
|
|
|
43 |
|||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2К |
|
8,2К |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
160 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
9В |
3,9К |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
- |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
R1 |
E2 |
|
|
R3 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
А |
1 |
1К |
|
|
|
|
1К |
А3 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
+ |
E1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
R4 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
5 |
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2К |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в)
Рис. 3.1
6.Собрать измерительную схему по рис. 3.1, б. После разрешения преподавателя или лаборанта подать питание на лабораторный стенд.
7.Занести полученные показания в табл. 3.1, сравнить с
21
расчетными данными, сделать выводы. Выключить питание стенда.
8.Собрать измерительную схему по рис. 3.1, в. После разрешения преподавателя или лаборанта подать питание на лабораторный стенд.
9.Занести полученные показания в табл. 3.1, сравнить с расчетными данными, сделать выводы. Выключить питание стенда.
|
|
|
|
Таблица 3.1 |
|
Показания |
А1, мА |
А2, мА |
|
А3, мА |
|
3.1, а |
Расчет |
|
|
|
|
|
Измерение |
|
|
|
|
3.1, б |
Расчет |
|
|
|
|
|
Измерение |
|
|
|
|
3.1, в |
Расчет |
|
|
|
|
|
Измерение |
|
|
|
|
Содержание отчета
–Название, цель работы.
–Измерительная схема.
–Предварительные расчеты.
–Данные измерений и результаты расчетов.
–Краткие выводы по результатам работы.
Контрольные вопросы
1.Укажите порядок применения метода двух правил Кирхгофа.
2.Укажите порядок применения метода контурных токов.
3.Укажите порядок применения метода узловых напряжений.
4.Укажите порядок применения метода эквивалентного генератора.
5.Поясните правила выбора направления протекания токов
всложных цепях.
22
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 Исследование ВАХ полупроводникового диода
Цели работы
1.Углубление и расширение теоретических знаний по физическим основам работы полупроводниковых диодов.
2.Знакомство с конструкцией выпрямительных диодов.
3.Освоение методики снятия вольтамперных характеристик
(ΒΑΧ).
4.Освоение графоаналитического метода расчета основных статических параметров диодов.
Состав используемого оборудования
–Источники питания постоянного напряжения 0...15В.
–Вольтметр постоянного напряжения.
–Амперметр постоянного тока.
–Стенд лабораторный с исследуемым диодом типа Д226.
–Соединительные провода.
Подготовительное (домашнее) задание
–Записать название, цель работы.
–Изучить ΒΑΧ выпрямительного диода и основные статические характеристики.
Краткие теоретические сведения
Выпрямительным диодом называется полупроводниковый прибор, предназначенный для выпрямления переменного тока. По конструкции полупроводниковые диоды могут быть плоскостными и точечными.
Для плоскостного диода на базу накладывается материал акцепторной примеси и в вакуумной печи при высокой температуре (порядка 500 °С) происходит диффузия акцепторной примеси в базу диода, в результате чего образуется область p-типа проводимости и pn-переход большой плоскости (отсюда название). Вывод от p-области называется
23
анодом, а вывод от n-области – катодом (рис. 4.1, а).
а) |
б) |
|
Рис. 4.1 |
Большая плоскость pn - перехода плоскостных диодов позволяет им работать при больших прямых токах, но за счёт большой барьерной ёмкости они будут низкочастотными.
К базе точечного диода подводят вольфрамовую проволоку, легированную атомами акцепторной примеси, и через неё пропускают импульсы тока силой до 1А. В точке разогрева атомы акцепторной примеси переходят в базу, образуя p-область (рис. 4.1, б).
Получается pn-переход очень малой площади. За счёт этого точечные диоды будут высокочастотными, но могут работать лишь на малых прямых токах (десятки миллиампер).
Под ΒΑΧ выпрямительного диода понимают зависимость тока, протекающего через диод, от приложенного напряжения. ΒΑΧ диода (рис. 4.2) хорошо аппроксимируется выражением:
|
|
U p n |
|
|
|
|
|
|
|
I I |
|
T |
|
|
0 e |
|
1 |
, |
|
|
|
|
|
|
где Upn - приложенное к переходу напряжение; φТ –тепловой потенциал (для Т=300К равный около 26 мВ); I0 - обратный (тепловой) ток.
24
Iпр
Uобр |
Uпр |
Iобр
Рис. 4.2
К основным параметрам выпрямительного диода относятся прямое и обратное сопротивление для постоянного тока (статические сопротивления):
R |
|
U np |
, R |
|
U обр |
. |
|
|
|||||
пр |
|
|
обр |
|
Iобр |
|
|
|
Inp |
|
|||
Аналогичные дифференциальные сопротивления выпрямительного диода определяются как
rпр dU np , rобр dUобр .
dInp
Последние характеризуют свойства выпрямительного диода по отношению к малым приращениям или к переменным составляющим, наложенным на относительно большие постоянные токи и напряжения, и могут значительно отличаться от сопротивлений для постоянного тока. Статические и дифференциальные сопротивления можно определить по ΒΑΧ выпрямительного диода, задавшись определенной рабочей точкой и аппроксимировав производные конечными разностями.
Лабораторное задание
1. Получить у преподавателя допуск к лабораторной
25
работе.
2.Начертить в тетради исследуемую схему для снятия прямой и обратной ветви ΒΑΧ диода, руководствуясь рис. 4.3, указав пределы и полярность измерительных приборов.
3.Собрать исследуемую схему для снятия прямой ΒΑΧ выпрямительного диода. Получив допуск у преподавателя или лаборанта, подать питание на лабораторный стенд. Снять по точкам прямую ветвь ΒΑΧ, занести результаты в табл. 4.1.
+ |
R1 |
|
|
|
|
A1 |
|
15B |
1K |
|
|
R2 |
|
||
|
|
||
|
|
|
|
– |
|
160 |
V1 |
|
|
|
|
|
|
|
VD1 |
|
|
Рис. 4.3 |
|
|
|
|
|
|
Таблица 4.1 |
№ |
Прямая ветвь |
|
Обратная ветвь |
||
|
U, В |
|
I, мА |
U, В |
I, мкА |
|
|
|
|
|
|
4.Отключить питание лабораторного стенда.
5.Собрать исследуемую схему для снятия обратной ветви ΒΑΧ выпрямительного диода (рис. 4.4). Получив допуск у преподавателя или лаборанта, подать питание на лабораторный стенд. Снять по точкам прямую ветвь ΒΑΧ, занести результаты
втабл. 4.1.
+ |
R1 |
|
|
|
A1 |
|
|
15B |
1K |
|
|
|
|
||
|
|
R2 |
|
|
|
|
|
– |
|
V1 |
10К |
|
|
VD1 |
|
|
|
|
Рис. 4.4
26
6.По данным табл. 4.1 построить ΒΑΧ выпрямительного
диода.
7.По полученным данным, задавшись определенными значениями прямого и обратного напряжения на линейных участках ВАХ, рассчитать статические и динамические сопротивления выпрямительного диода в прямом и обратном включении. Показать преподавателю полученные результаты.
Содержание отчета
–Название, цель работы.
–Схема для снятия ВАХ.
–Результаты выполнения подготовительного задания.
–Данные расчетов и измерений.
–Краткие выводы по результатам работы.
Контрольные вопросы
1.Что такое полупроводник? Каким образом получают полупроводник p- и n-типа?
2.Каков принцип действия pn-перехода?
3.Приведите области применения полупроводниковых диодов.
4.Чем отличаются точечные и плоскостные диоды?
5.В чем отличие ΒΑΧ идеального и реального выпрямительного диода?
27
|
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК |
|||||
1. |
Атабеков, |
Г.И. |
Основы теории |
цепей |
[Текст]/ |
|
Г.И. Атабеков. – СПб.: Издательство «Лань», 2009. – 432 с. |
||||||
2. |
Петленко, Б.И. Электротехника и электроника: учебник |
|||||
для сред. проф. |
Образования [Текст] |
/ |
Б.И. |
Петленко, |
||
Ю.М. |
Иньков, |
А.В. |
Крашенинников |
и |
др.; |
Под ред. |
Б.И. Петленко. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. –
320с.
3.Краснов, Р.П. Основы электроники [Текст]/ Р.П. Краснов, Б.В. Матвеев. – Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2013. 165 с.
4. Касаткин, А.С. Электротехника [Текст] / А.С. Касаткин, М.В. Немцов. – М.: Академия, 2005. – 544 с.
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Введение ....................................................................................... |
3 |
Техника безопасности в лаборатории........................................ |
3 |
Краткие сведения об учебном измерительном оборудовании.4
Лабораторная работа № 1 |
|
Исследование простейших цепей постоянного тока................ |
.6 |
Лабораторная работа № 2 |
|
Исследование работы резистивных делителей напряжения ... |
12 |
Лабораторная работа № 3 |
|
Проверка методов расчета сложных цепей ............................... |
16 |
Лабораторная работа № 4 |
|
Исследование ВАХ полупроводникового диода ...................... |
23 |
Библиографический список ........................................................ |
28 |
28 |
|
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам 1-4 по курсу «Общая электротехника»
для студентов направления 12.03.04 «Биотехнические системы
итехнологии» (направленности «Биотехнические
имедицинские аппараты и системы», «Менеджмент
иуправление качеством в здравоохранении») очной и заочной форм обучения
Составитель Краснов Роман Петрович
В авторской редакции
Подписано в печать 08.06.2018.
Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л 1,8. Уч.-изд. л. 1,6. Тираж 23 экз. «С» 33.
Заказ № 91
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
394026, Воронеж, Московский просп., 14
Участок оперативной полиграфии издательства ВГТУ 394026 Воронеж, Московский проспект, 14
29