Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОННИКИ (ТУСУР)
Кафедра комплексной информационной безопасности электронно-вычислительных систем (КИБЭВС)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО ДИОДА
Отчет по лабораторной работе №1
по дисциплине «Электроника и схемотехника»
Вариант №6
Студент гр. 712-2
___________ Л.С. Болтушкин 25.11.2023
Руководитель Старший преподаватель
кафедры КИБЭВС
_______ __________ А.С. Семенов
25.11.2023
Томск 2023
Введение
Целью данной лабораторной работы является исследование основных характеристик полупроводникового выпрямительного диода.
Задачи:
- Вычислить ток диода 1N4448 при обратном и прямом смещениях. Затем проделать тоже самое при помощи мультиметра, прикрепляя схемы с показанием мультиметра, формулы и расчёты к заданиям. Построить прямую и обратную ветви ВАХ.
- По полученным данным построить графики Iпр(Uпр) и Iобр(Uобр) согласно требованиям методического пособия. Определить напряжение изгиба.
- Собрать схему для диода 1N4448, 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.
Вычислить ток диода при прямом Iпр и обратном Iобр смещениях, согласно формулам.
Собранные схемы при прямом (рисунок 1.1) и обратном (рисунок 1.2) смещениях, расчеты и обозначения элементов, представлены ниже. Согласно варианту, диод: 1N4448.
Рисунок 1.1 – Схема для измерения напряжения при прямом направлении
При Uпр = 642,3мВ, R=1кОм, E=5В рассчитаем по формуле ток диода:
Далее изменим полярность источника питания Е в схеме на рисунке 1.1.
Рисунок 1.2 – Схема для измерения напряжения при обратном направлении
При E1=-5В и E2=-5В, R=1кОм рассчитаем по формуле ток диода:
Собранные схемы для измерения тока на диоде в прямом (рисунок 1.3) и обратном (рисунок 1.4) направлениях представлены ниже, диод, согласно варианту – 1N4448.
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).
Рисунок 1.4 – Схема для измерения тока на диоде в обратном направлении, при помощи мультиметра
Таким образом, была получена более точная характеристика измерений и все расчеты верны.
2 Построение ветвей ВАХ
Задание: построить
прямую ветвь ВАХ, собрать схему для
диода 1N4448,
записать значения напряжения, тока Iпр
и вычислить для них по формуле
сопротивление Rc,
а также построить график.
Ветвь ВАХ и расчет по формуле, приведенная выше представлены ниже, значения источника питания использованы согласно методическому пособию, значения для напряжения и тока, представлены в таблице 2.1 для наглядности.
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
-
E, В
Uпр, мВ
Iпр, мА
Rc, Ом
5
642,3
4,358
147,38412
4
633,7
3,366
188,265
3
622,7
2,377
261,968
2
606,9
1,393
435,67839
1
574,3
0,4257
1349,07212
0,9
567,7
0,3323
1708,39603
0,8
559,1
0,241
2319,91701
0,7
547,2
0,1528
3581,15183
0,6
527,6
0,07241
7286,28642
0,5
485,4
0,001461
332238,19
0,4
399,1
0,000902
442461,2
0,3
299,7
0,00031
966774,1
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 2.4 – График прямой ВАХ
Исходя из графика, точка изгиба примерно будет равна 559,1 мВ.
Задание: Построить
обратную ветвь ВАХ, записать значения
для напряжения Uобр
и тока Iобр
и рассчитать для них по формуле
.
Установить значения источника питания в должном порядке: 0В, -4В, -5В, -6В, -10В, -15В, выбрать точки в зависимости от пробивного напряжения диода (10-15 точек), чтобы построить обратную ветвь ВАХ диода, и также построить график.
Рисунок 2.5 – Построение обратной ветви ВАХ
Рисунок 2.6 – Построение обратной ветви ВАХ
Рисунок 2.7 – Построение обратной ветви ВАХ
Таблица 2.2 – Расчеты значений
-
E, В
Uопр, мВ
Iпр, мА
Rc, 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
-70,73
-0,1981
357,0419
-71
-70,93
-0,3753
188,99547
-71,2
-71,13
-0,5627
126,40839
-71,4
-71,33
-0,7541
94,58958
Пример расчета
для значения -70,8:
Рисунок 2.8 – График обратной ВАХ
Рассчитаем по формуле Rд значения в рабочих точках: 4мА, 0,4мА, 0,2мА и в точке -5В
4мА:
0,4 мА:
0,2 мА:
-5В:
= 106
Ом
Проанализировав график на рисунке 2.8, определяем напряжение изгиба и в данном случае оно будет приблизительно равно -70,8 В.
3 ВАХ на осциллографе
Задание: для получения вольтамперной 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 данная информация говорит о том, что все 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 1N4448 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 1N4448, определено напряжение изгиба и напряжение пробоя примерно равные 559,1 мВ и -70,8 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 1N4448 проделаны, приобретены навыки работы с мультиметром и осциллографом.