ЭиЭ_все лабы / Задания / Laboratornaya_rabota_N_4_2013

2

1.Цель работы

1.Ознакомиться с вольт-амперными характеристиками выпрямительных диодов и стабилитронов. Приобрести практические навыки получения характеристик различными способами с помощью программы

Electronics Workbench.

2.Ознакомиться со схемами выпрямителей переменного тока. Приобрести практические навыки по измерению параметров выпрямителей.

3.Изучить принцип работы ограничителей напряжения на основе диодов и стабилитронов.

2.Программа работы

2.1.Измерение прямой ветви ВАХ полупроводникового диода.

Рис. 1. Схема измерительной установки для определения прямых ветвей ВАХ полупроводниковых диодов.

Значения тока через диод с шагом 5% от максимального тока задает источник тока управляемый напряжением (ИТУН). Этот ток измеряется амперметром, а падение напряжения на диоде при данном токе – вольтметром. Тип диода для каждого варианта, соответствующего номеру студента в группе, приведен в таблице 1.

Каждое новое значение тока получают, нажимая на клавишу R клавиатуры (для увеличения тока) и Shift + R – для его уменьшения. Снять показания измерительных приборов и внести их в таблицу. Определить U0.

3

2.2. Измерение обратной ветви ВАХ полупроводниковых диодов.

Рис. 2. Схема измерительной установки для определения обратных ветвей диодов

Значения напряжения испытуемого диода с шагом 5% от максимального напряжения задает источник напряжения управляемый напряжением (ИНУН). Последовательно нажимая R и Shift + R, снять показания измерительных приборов и внести их в таблицу.

Построить прямую и обратную ветвь ВАХ исследуемого диода графически. Определить Uпробоя.

5

Здесь вспомогательный источник формирует синусоидальное напряжение амплитудой 125 В , которое посредством резистора 1 кОм задает ток через испытуемые приборы. На канал А осциллографа через источник напряжения управляемый током (ИНУТ) подается напряжение, пропорциональное току через диод, а на канал В посредством ИНУН – падение напряжения на диоде. В результате, на экране осциллографа отображается ВАХ диода. Определить U0 и Uпробоя.

Примечания.

1.При определении ВАХ осциллографическим методом кнопки осциллографа А/В, DC, Auto должны быть "утоплены".

2.Напряжение, пропорциональное току через диод, снимается на канал А с сопротивления 1 Ом. Поэтому токи ВАХ диода определяются посредством деления напряжений на этом канале на 1 Ом и переводом полученных результатов в единицы тока.

Подключить в схему по очереди диод и стабилитрон, соответствующий вашему варианту, получить на экране осциллографа ВАХ. Полученные результаты привести в отчете.

2.5.Исследование схем выпрямителей.

2.5.1.Однополупериодный выпрямитель.

1.Собрать схему, используя диод из Таблицы 1 в соответствии со своим вариантом (Рис. 5).

2.На вход А осциллографа подать выходной сигнал, на вход В – входной. Зарегистрировать осциллограммы.

3.Вычислить по формуле среднее значение выходного напряжения (постоянную составляющую). Измерить это значение мультиметром. Сравнить полученные результаты.

Рис. 5. Схема однополупериодного выпрямителя.

6

2.5.2.Однополупериодный выпрямитель с фильтром на выходе.

1.Подключить к выходу однополупериодного выпрямителя конденсатор емкостью 470 мкФ. Зарисовать осциллограммы. Определить напряжение пульсаций как разность между максимумом и минимумом напряжения.

2.Определить зависимость напряжения пульсаций от емкости фильтра. Емкость изменять в диапазоне 50 – 1000 мкФ. Объяснить полученные результаты.

3.Снять зависимость напряжения пульсаций от сопротивления нагрузки в диапазоне 10 – 500 Ом. С=470 мкФ. Объяснить полученные результаты.

2.5.3.Двухполупериодный мостовой выпрямитель.

1.Собрать схему, используя диоды из Таблицы 1 в соответствии с номером своего варианта (Рис. 6).

2.Зарегистрировать осциллограммы напряжения на выходе выпрямителя.

3.Вычислить по формуле среднее значение выходного напряжения (постоянную составляющую). Измерить это значение мультиметром. Сравнить полученные результаты.

Рис. 6. Схема двухполупериодного мостового выпрямителя

2.6. Исследование схем ограничителей

2.6.1.Шунтирующий ограничитель

1.Нарисовать схему шунтирующего ограничителя, используя диод в соответствии со своим вариантом (Рис. 7).

7

2. С генератора подать гармонический сигнал амплитудой 10 В частотой 50 Гц. Снять осциллограммы на входе и выходе. Объяснить полученные результаты.

Рис. 7. Схема шунтирующего ограничителя.

2.6.2.Шунтирующий ограничитель со смещением.

1.Нарисовать схему шунтирующего ограничителя со смещением.

2.С генератора подать гармонический сигнал амплитудой 10 В частотой 50 Гц. Снять осциллограммы на входе и выходе. Объяснить полученные результаты.

Рис. 8. Схема ограничителя

8

3.Содержание отчета

3.1.Титульный лист.

3.2.Цель работы.

3.3.Принципиальные схемы устройств, используемых в работе.

3.4.Теоретическая часть. Расчет по формулам, таблицы результатов расчета, графики.

3.5.Экспериментальное исследование. Методика проведения измерений. Таблицы результатов эксперимента, графики.

3.6.Выводы.

4.Контрольные вопросы

1.Нарисовать прямую и обратную ветви ВАХ выпрямительного диода. В чем заключается свойство односторонней проводимости диода?

2.Какие виды пробоя диода вы знаете? Объясните механизм их возникновения.

3.Изобразите ВАХ стабилитрона. Объясните, за счет чего напряжение на стабилитроне остается постоянным при изменении тока.

4.Для чего служат схемы выпрямителей?

5.Объясните работу однополупериодного выпрямителя. Нарисуйте осциллограммы. Как рассчитывается среднее значение выпрямленного напряжения и амплитуда пульсаций?

6.Зачем на выходе выпрямителя ставят емкостный фильтр? Как зависит амплитуда пульсаций от емкости фильтра и от сопротивления нагрузки?

7.Объясните работу двухполупериодного мостового выпрямителя. Нарисуйте осциллограммы. Как рассчитывается среднее значение выпрямленного напряжения в этом случае?

8.Объясните работу схемы ограничителя со смещением. Нарисуйте осциллограммы.

5.Краткие теоретические сведения

5.1.Вольт-амперная характеристика диода.

ВАХ выпрямительного диода приведена на рис. 9.

9

iпр, мА

Рис. 9. ВАХ выпрямительного диода.

При увеличении прямого напряжения ток возрастает экспоненциально на начальном участке. Далее рост происходит по линейному закону. Это объясняется наличием объемных сопротивлений p- и n-областей. Прямое напряжение составляет десятые доли вольта и не превышает контактной разности потенциалов.

При большом обратном напряжении возникает резкий рост обратного тока через диод. Это явление называется пробоем диода.

Различают два вида пробоя: электрический (участок АВ) и тепловой (участок ВГ). Электрический пробой бывает лавинным и туннельным. При лавинном пробое электрон, ускоренный большим обратным напряжением, выбивает из атомов другие электроны. Появившиеся электроны, ускоряясь, выбивают новые и т.д. Развивается лавинный процесс увеличения числа электронов, что приводит к увеличению обратного тока.

Туннельный пробой обусловлен туннельным эффектом: прохождением электронов через потенциальный барьер. Он возникает в сильнолегированных тонких p-n-переходах, внутри которых велика напряженность электрического поля. Электрический пробой обратим (не разрушает p-n-переход).

Если не ограничивать обратный ток, то электрический пробой переходит в тепловой. За счет разогрева p-n-перехода увеличивается концентрация неосновных носителей, обратный ток увеличивается, что приводит к дальнейшему росту температуры и т д. В результате диод выходит из строя, т.е. тепловой пробой необратим.

10

В режиме электрического пробоя работают специальные типы диодов, которые называются стабилитронами. ВАХ стабилитрона приведена на рис.

10.

0

Iст min

Iст max

Рис. 10. ВАХ стабилитрона

В широком диапазоне изменения тока напряжение меняется незначительно и равно величине Uст – напряжению стабилизации. Iстmin, Iстmax – минимальный и максимальный токи стабилизации.

5.2. Полупроводниковые выпрямители.

Выпрямители входят в состав источников питания электронных схем и предназначены для преобразования переменного напряжения в постоянное.

Схема однополупериодного выпрямителя приведена на рис. 11, осциллограммы работы – на рис. 12.

Рис. 11. Схема однополупериодного выпрямителя.