Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ» (ТУСУР)

Кафедра комплексной информационной безопасности электронно-вычислительных систем (КИБЭВС)

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО ДИОДА

Отчет по лабораторной работе №1

по дисциплине «Электроника и схемотехника 1»

Вариант №3

С тудент гр. 731-2

______ А.С. Батаев

25.11.2022

Руководитель

Доцент каф. КИБЭВС, к.т.н., доцент

_______ А.Н. Мальчуков

25.11.2022

Введение

Цель работы – снятие и анализ вольтамперных характеристик полупроводникового выпрямительного диода.

Постановка задачи. Вычислить ток диода 1N4150 при обратном и прямом смещениях. Затем проделать тоже самое при помощи мультиметра, прикрепляя схемы с показанием мультиметра, формулы и расчеты к заданиям. Построить прямую и обратную ветви ВАХ.

По полученным данным построить графики Iпр(Uпр) и Iоб(Uоб) согласно требованиям методического пособия. Определить напряжение изгиба.

Далее, собрать схему для диода 1N4150, следуя указаниям из методического пособия измерить величину напряжения изгиба.

Сделать выводы о проделанной работе.

1. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ С МУЛЬТИМЕТРОМ

Задание: собрать схему для заданного вариантом диода, записать показания напряжения при прямом смещении, затем поменять полярность источника и записать показания напряжения при обратном смещении. Вычислите ток диода при прямом Iпр и обратном Iоб смещениях согласно формулам (1) и (2).

Собранные схемы при прямом (рисунок 1.1) и обратном (рисунок 1.2) смещениях, расчеты и обозначения элементов, представлены ниже. Диод согласно варианту: 1N4150.

Рисунок 1.1 – Схема для измерения напряжения при прямом направлении

При = 697,1 мВ, R = 1кОм, E=5В рассчитаем по формуле (1) ток диода.

Формула (1): = = (мА)

Далее изменим полярность источника питания Е в схеме на рисунке 1.1.

Рисунок 1.2 – Схема для измерения напряжения при обратном направлении

При = -5.0000 В, R = 1кОм, E=-5В рассчитаем по формуле (2) ток диода.

Формула (2): = = (А)

Собранные схемы для измерения тока на диоде в прямом (рисунок 1.3) и обратном (рисунок 1.4) направлениях представлены ниже, диод, согласно варианту, 1N4150.

Рисунок 1.3 – Схема для измерения тока на диоде в прямом направлении, при помощи мультиметра

Изменим полярность источника в схеме на рисунке 1.3.

Рисунок 1.4 – Схема для измерения тока на диоде в обратном направлении, при помощи мультиметра

Таким образом, была получена более точная характеристика измерений. Расчеты верны.

2. Построение ветвей вах

Задание: построить прямую ветвь ВАХ, собрать схему для диода 1N4150, записать значения напряжения , тока и вычислить для них по формуле (3) сопротивление . Построить график.

Ветвь ВАХ и расчет по формуле (3) представлен ниже, значения источника питания использованы согласно методическому пособию, значения для напряжения и тока , представлены в таблице 2.1 для наглядности.

Формула (3):

Рисунок 2.1 – Схема для измерения тока и напряжения на диоде при помощи амперметра и вольтметра

Рисунок 2.2 – Схема для измерения тока и напряжения на диоде при помощи амперметра и вольтметра

Рисунок 2.3 – Схема для измерения тока и напряжения на диоде при помощи амперметра и вольтметра

Таблица 2.1 – Расчеты

Е, В	, мB	, мA	, Ом
5	697,1	4,303	162,0033
4	689,4	3,311	208,215
3	679,2	2,321	292,6325
2	663,2	1,336	496,4072
1	629,7	0,3703	1700,513
0,9	622,2	0,2778	2239,741
0,8	612	0,188	3255,319
0,7	596,4	0,1036	5756,757
0,6	566,6	0,0333	17015,02
0,5	497,3	0,002735	181828,2
0,4	399,5	0,000451	885809,3
0,3	299,7	0,000301	995681,1
0,2	199,8	0,0002	999000
0,1	99,9	0,0001	999000
0	0	0	0

Пример расчета для значения 0,8.

Рисунок 2.2 – График прямой ВАХ

Точка изгиба примерно равна 612 мВ.

Задание: Построить обратную ветвь ВАХ, записать значения для напряжения и тока и рассчитать для них Установить значения источника питания в должном порядке: 0 В, -4 В, -5 В, -6 В, -10 В, -15 В, выбрать точки в зависимости от пробивного напряжения диода (10 - 15 точек), чтобы построить обратную ветвь ВАХ диода. Построить график.

Рассчитать по формуле (4).

Формула(4):

Рисунок 2.3 – Построение обратной ветви ВАХ

Рисунок 2.4 – Построение обратной ветви ВАХ

Рисунок 2.5 – Построение обратной ветви ВАХ

Расчеты представлены в таблице 2.

Таблица 2.2 – Расчеты значений

E, В	, В	, мА	, кОм
0	0	0	0
-4	-3,996	-0,003996	1000
-5	-4,995	-0,004995	1000
-6	-5,994	-0,005994	1000
-10	-9,99	-0,00999	1000
-15	-14,98	-0,01498	1000
-70,8	-70,6	-0,1981	356,3857
-71	-70,62	-0,3753	188,1695
-71,2	-70,64	-0,5627	125,5376
-71,4	-70,65	-0,7541	93,68784
-71,6	-70,65	-0,9474	74,57251

Пример расчета для значения -70,8.

Рисунок 2.6 – График обратной ВАХ

Рассчитаем по формуле (4) значения в рабочих точках: = 4 мА, = 0,4 мА, = 0,2 мА и в точке = -5 В.

= 4 мА, ;

= 0,4 мА, ;

= 0,2 мА, ;

= -5 В, .

Проанализировав график на рисунке 2.6, определяем напряжение изгиба. В данном случае оно приблизительно равно -70.6 В.

3. ВАХ на осциллографе

Задание: для получения вольт-амперной характеристики на осциллографе необходимо собрать цепь, которая приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Схема для исследования ВАХ диода при помощи осциллографа

Значение совпадает с тем, что было получено из графика, таким образом это говорит о том, что измерения выполнены верно.

Рисунок 3.2 – ВАХ диода, полученная с помощью осциллографа

Заключение

Для выполнения заданий были проделаны опыты. При использовании мультиметра, было измерено напряжение на диоде 1N4150 и вычислено значение тока. Далее мультиметр был переведен в режим амперметра, и получено значение силы тока. Оно полностью совпало с тем, что было вычислено ранее.

Используя вольтметр и амперметр, получено значение силы тока и напряжения при прямом и обратном включении значениях ЭДС у источника напряжения. На основании полученных данных, построен график ВАХ диода 1N4150, определено напряжение изгиба и напряжение пробоя примерно равные 612 мВ и -70,6 В.

С помощью осциллографа получен график ВАХ. Он совпал с тем, что построен на основе выполненных измерений. Полученное значение напряжения изгиба совпало с найденным ранее.

Можно судить о правильности выполнения работы на основании данных, полученных с помощью различных приборов, так как они совпадают.

Снятие и анализ вольтамперных характеристик полупроводникового выпрямительного диода 1N4150 проделаны, приобретены навыки работы с мультиметром и осциллографом.

Томск 2022