Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное 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»

Вариант №12

	С тудент гр. 723-1
	Лысенко Е.М.
	06.12.2024 Руководитель
	доцент каф. КИБЭВС, к.т.н., доцент
	________ Мальчуков А.Н.
	06.12.2024

Введение

Цель работы – исследование основных характеристик полупроводникового выпрямительного диода

Задачи на лабораторную работу:

1. Собрать схемы для диода BA317 и измерить значения прямого и обратного напряжения с помощью мультиметра. Вычислить ток диода при прямом и обратном смещениях с помощью мультиметра;

2. Собрать схему для диода BA317. Измерить ток диода при прямом смещении. Изменить полярность источника питания. Измерить ток диода при обратном смещении;

3. Построить прямую ветвь ВАХ диода. Последовательно измерить значения источника питания: 5 В, 4 В, 3 В, 2 В, 1 В, 0,9 В, 0,8 В, 0,7В, 0,6 В, 0,5 В, 0,4 В, 0,3 В, 0,2 В, 0,1 В, 0 В. Записать значения напряжения и тока диода и вычислить для них 𝑅𝑐 ;

4. Построить обратную ветвь ВАХ диода. Последовательно измерить значения источника питания: 0 В, -4 В, -5 В, -6 В, -10 В, -15 В. Выбрать несколько точек в зависимости от пробивного напряжения диода BA317. Записать значения напряжения и тока диода и вычислить для них 𝑅𝑐;

5. Рассчитать 𝑅д в точках: 𝐼пр = 4 мА, 𝐼пр = 0,4 мА, 𝐼пр = 0,2 мА и 𝑈об = −5 В;

6. Определить напряжение изгиба на графике ветви ВАХ;

7. Собрать схему для получения ВАХ диода BA317 с помощью осциллографа. Определить величину напряжения изгиба по осциллографу и сравнить с тем, которое определили по прямой ветви ВАХ;

8. Написать выводы о проделанной работе.

1 ИЗМЕРЕНИЕ ПРЯМЫХ И ОБРАТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ПОМОЩИ МУЛЬТИМЕТРА И ВЫЧИСЛЕНИЕ ТОКА. ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА И СРАВНЕНИЕ ЕГО С ВЫЧИСЛЕННЫМИ ДАННЫМИ

Построение схем происходит в программе Electronics Workbench. На рисунках 1.1 и 1.2 представлены схемы, с помощью которых происходили измерения значений прямого и обратного напряжения соответственно при помощи мультимера.

Рисунок 1.1 - Измерение значения прямого напряжения

Рисунок 1.2 - Измерение значения обратного напряжения

Измерения проводились с помощью следующих формул:

(1.1)

где 𝐼_пр – ток диода в прямом направлении, А;

E – напряжение источника питания, В;

𝑈_пр – напряжение на диоде в прямом направлении, В.

(1.2)

где 𝐼_об – ток диода в обратном направлении, А;

U_об – напряжение на диоде в обратном направлении, В.

Таким образом, вычисление обратного и прямого токов по формулам 1.1-1.2 соответственно.

Для экспериментального измерения значений прямого и обратного тока были собраны схемы представленные на рисунках 1.3 - 1.4 соответственно.

Рисунок 1.3 - Измерение прямого тока

Рисунок 1.3 - Измерение обратного тока

Сравнив вычисленные значения и значения полученные экспериментально убедились, что они сходятся, что подтверждает правильность выполнения работы.

2 Получение вах. Построение прямой и обратной ветвей вах. Вычисление динамического сопротивления рабочих точек

Для получения значений напряжений и сил тока при разных значениях ЭДС собрана схема, представленная на рисунках 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 включающая в себя амперметр и вольтметр.

Рисунок 2.1 - Схема для измерения напряжений и сил тока при разных

значениях ЭДС

Рисунок 2.2 - Схема для измерения напряжений и сил тока при разных

значениях ЭДС

Рисунок 2.3 - Схема для измерения напряжений и сил тока при разных

значениях ЭДС

Рисунок 2.4 - Схема для измерения напряжений и сил тока при разных

значениях ЭДС

Для прямой ветви ВАХ значения ЭДС последовательно меняются на 5 В, 4 В, 3 В, 2 В, 1 В, 0,9 В, 0,8 В, 0,7 В, 0,6 В, 0,5 В, 0,4 В, 0,3 В, 0,2 В, 0,1 В, 0 В. Полученные значения, а также значения ЭДС и значения статического напряжения, вычисленные по формуле 2.1, занесены в таблицу 2.1.

(2.1)

где 𝐼_пр – ток диода в обратном направлении, А;

U_пр – напряжение на диоде в обратном направлении, В.

Таблица 2.1 - Результаты измерений и вычислений прямой ветви ВАХ

E, В	Uпр, мВ	Iпр, мА	Rc, Ом
5	815,4	4,185	194,8387097
4	807,4	3,193	252,8656436
3	796,8	2,203	361,68860645
2	780,5	1,219	640,27891715
1	739,6	0,2604	2840,24577573
0,9	728,6	0,1714	4250,87514586
0,8	711,4	0,08862	8027,5332882
0,7	676,5	0,02353	28750,53123672
0,6	598,3	0,001711	349678,550555231
0,5	499,5	0,000524	953244,2748092
0,4	399,6	0,0004	999000
0,3	299,7	0,0003	999000
0,2	199,8	0,0002	999000
0,1	99,9	0,0001	999000
0	0	0	∞

На основе данных из таблицы 2.1 был построен график зависимости прямого тока от прямого напряжения, представленный на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - График зависимости прямого тока от прямого напряжения

На графике можно увидеть место, где характеристика претерпевает резкий излом. Оно находится в точке 9 и значение напряжения изгиба равно 676,5мВ.

Для обратной ветви ВАХ значения ЭДС последовательно меняются на 0 В, -4 В, -5 В, -6 В, -10 В, -15 В, далее выбираются точки в зависимости от пробивного напряжения диода. Методом подбора пробивного напряжения были получены значения ЭДС равные -100,2 В, -100,4 В, -100,6 В, -100,8 В, - 101 В. Полученные значения, а также значения ЭДС и значения статического напряжения, вычисленные по формуле 2.2, занесены в таблицу 2.2.

(2.2)

где 𝐼_об – ток диода в обратном направлении, А;

U_об – напряжение на диоде в обратном направлении, В.

Таблица 2.2 - Результаты измерений и вычислений обратной верти ВАХ

E, В	Uоб, В	Iоб, мА	Rс, кОм
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
-99,9	-99,8	-0,09984	1000,60096
-100	-99,9	-0,1018	981,33595
-100,2	-100,0	-0,1999	500,250125
-100,4	-100,0	-0,3737	267,594327
-100,6	-100,0	-0,5601	178,53954651
-100,8	-100,0	-0,7509	133,1735251
-101	-100,1	-0,9440	106,0381356

На основе данных из таблицы 2.2 был построен график зависимости обратного тока от обратного напряжения (рисунок 2.6).

Рисунок 2.6 - График зависимости обратного тока от обратного напряжения

На схемах, изображенных на рисунках 2.7, 2.8, 2.9, 2.10, 2.11, показан процесс поиска пробивного напряжения.

Рисунок 2.7 - Схема для измерения напряжений и сил тока

Рисунок 2.8 - Схема для измерения напряжений и сил тока

Рисунок 2.9 - Схема для измерения напряжений и сил тока

Рисунок 2.10 - Схема для измерения напряжений и сил тока

Рисунок 2.11 - Схема для измерения напряжений и сил тока

Динамическое или дифференциальное сопротивление вычисляется по формуле:

(2.3)

где ∆𝑈 – разность границ значений напряжения, в которых находится рабочая точка, В;

∆𝐼 – разность границ значений тока, в которых находится рабочая точка, А.

Таким образом, ниже представлены вычисления динамического сопротивления по формуле 2.3 в рабочих точках I_пр = 4 мА, I_пр = 0,4 мА, I_пр = 0,2 мА и в точке U_об = -5 В.