Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехника и электроника. Электроника на оборудовании Uni-Train. Лабораторный практикум
.pdf
Переключение между постоянным
и переменным током (AC/DC):
Изменение диапазона измерения:
Индикатор отрицательности величин,
индикатор выхода за диапазон измерений
(Overrun):
Переключение между аналоговой и цифровой
индикацией:
Существует возможность выбора режима измерения с помощью центрального переключателя. В таблице 1 представлены все возможные режимы, на рисунке 8 дается пояснение.
Таблица 1
Настройка
AV Среднее значение
|AV| Среднее значение выпрямленного напряжения
P Амплитудное значение (пиковое значение)
PP Двойная амплитуда
RMS Действующее значение
Метод измерений
Рисунок 8 – Графическое отображение режимов
измерений
11
Амперметр (рисунок 9)
Рисунок 9 – Панель амперметра
Элементы управления аналогичны элементам ВП вольтметр. Различие заключается в том, что в амперметре выставляется величина шунтового сопротивления нажатием на кноп-
ку .
Для измерения силы тока применяют непрямой метод –
через падение напряжения на резисторе (шунте). По закону
Ома сила тока вычисляется как отношение падения напряжения на резисторе к величине сопротивления I = U / R.
На плате с шунтами (рисунок 10) имеются три пары резисторов, которые можно включить в электрическую цепь для
измерения силы тока, используя падение напряжения.
Если в параллельной цепи уже есть падение напряжения, доступное для измерения, то измерение можно производить также и через него.
12
Рисунок 10 – Плата с шунтами
Генератор функций (рисунок 11)
Рисунок 11 – Панель функционального генератора
Этот виртуальный прибор регулирует напряжение
на выходе ANALOG OUT интерфейсного модуля. Он формирует сигналы с различной формой, частотой и амплитудой. Возможные формы сигнала представлены в таблице 2.
13
Таблица 2
SINE Синусоидальный сигнал
TRIANGLE Треугольный сигнал
RECTANGLE
LOGIC Униполярный сигнал прямоугольной формы
DC POS Положительный DC-сигнал
DC NEG Отрицательный DC-сигнал
Прямоугольный сигнал без постоянной составляющей,
скважность – 0,5
AMPLITUDE: амплитуда сигнала. Значение амплиту-
ды задают от 0 до 100 %. Как и у прочих генераторов функций, для точной настройки нужно контролировать величину
при помощи виртуальных приборов – осциллографа или мультиметра.
Коэффициенты деления 1:10 и 1:100 позволяют генерировать сигналы меньшего напряжения.
FREQUENCY: частота сигнала (на сигналы с формой DC
POS и DC NEG настройка не влияет).
POWER: напряжение на выходные гнезда (S и ⊥) пода-
ется при помощи выключателя POWER. В состоянии «выключено» напряжение на этих гнездах отсутствует.
Источник постоянного тока (рисунок 12)
Рисунок 12 – Панель источника постоянного тока
Этот виртуальный прибор управляет напряжением
на выходе «ANALOG OUT». Можно установить постоянное напряжение в диапазоне от –10 до 10 В.
14
POWER: напряжение на выходные гнезда (S и ⊥) пода-
ется при помощи выключателя POWER. В состоянии «выключено» напряжение на этих гнездах отсутствует.
Источник трехфазного тока (рисунок 13)
Рисунок 13 – Панель источника трехфазного тока
AC VOLTAGE (V): напряжение питания. Сдвиг между
фазами – 120° (между V2 и V1) или же 240° (между V3 и V1).
FREQUENCY (Hz): частота напряжения. Можно задать
частоту от 0 до 150 Гц.
15
Лабораторная работа № 1
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
(2 часа)
Цель работы
1 Получить навыки работы с интерфейсным модулем
UniTrain.
2 Научиться работать с измерительными приборами и
осциллографом.
3 Исследовать вентильный эффект полупроводниковых
диодов.
4 Проверить свойство односторонней проводимости диодов в схеме выпрямления.
5 Изучить статические вольтамперные характеристики
диодов.
6 Подтвердить возможность стабилизации напряжения
при использовании опорных диодов (стабилитронов).
Теоретическое введение
Полупроводниковые приборы – это приборы, действие
которых основано на использовании свойств полупроводников. В чистых полупроводниковых материалах концентрация
свободных носителей зарядов (электронов и дырок) мала, а
значит, удельное электрическое сопротивление велико. В полупроводниковых приборах применяют в основном полупроводниковые материалы, легированные примесями. При этом
удельное сопротивление полупроводника снижается и создается определенный тип электропроводности (в зависимости
от примеси) n- или p-типа.
Все полупроводниковые приборы относятся к нелинейным элементам, у которых (в отличие от линейных элементов,
где R = const) сопротивление R ≠ const. Поэтому их свойства
задаются вольтамперными характеристиками (ВАХ).
16
Диоды – это полупроводниковые приборы с одним p-nпереходом и двумя выводами, в которых используются свойства p-n-перехода.
В зависимости от технологии изготовления диоды подразделяются на точечные и плоскостные. В данной лабораторной
работе исследуются свойства плоскостных диодов. Плоскостные
диоды представляют собой соединение двух полупроводниковых
пластин с p- и n-проводимостями соответственно.
Рисунок 1.1 – Образование p-n-перехода
Пока к зажимам диода не подведено напряжение
от внешнего источника питания, свободные носители в пластинах устремляются к месту их соединения до тех пор, пока
не образуется установившееся равновесие, при этом образуется средний слой, так называемый p-n-переход (рисунок 1.1).
При подведении внешнего напряжения в прямом направлении
толщина p-n-перехода уменьшается и прямое сопротивление
диода стремится к нулю. При подведении обратного напряжения сопротивление диода стремится к бесконечности (обратное сопротивление имеет значение, соответствующее нескольким мегаомам) (рисунок 1.2). На рисунке 1.3 показана ВАХ
полупроводникового диода. Видимый излом ВАХ в начале
координат связан с различными масштабами токов и напряжений в первом и третьем квадрантах графика. При увеличении приложенного к диоду внешнего напряжения в прямом
направлении Uпр после исчезновения запирающего слоя сила
тока резко возрастает и определяется только сопротивлением
полупроводника. Такой ток называется прямым током диода. Увеличение же обратного напряжения U
практически
обр
не влияет на обратный ток, который очень мал и обусловлен
17
лишь движением неосновных носителей заряда. Таким образом, диод обладает свойством односторонней проводимости,
которое называют вентильным эффектом.
а б
Рисунок 1.2 – Электронно-дырочный переход
во внешнем электрическом поле: а - к p-n-переходу
приложено прямое напряжение; б - к p-n-переходу
приложено обратное напряжение
18
Рисунок 1.3 – Вольтамперная характеристика
полупроводникового диода
Свойство односторонней проводимости диодов используется в схемах выпрямления. Если на вход схемы, содержащей
последовательно соединенные диод и нагрузочный резистор
Rн (рисунок 1.4), подать переменное синусоидальное напря-
жение, то напряжение на нагрузке будет повторять только положительные полуволны синусоиды входного сигнала. Такая
упрощенная схема может выступать в роли однополупериодного выпрямителя.
а б
Рисунок 1.4 – Схема (а) и временные диаграммы
напряжений и токов (б) однополупериодного
выпрямителя
Для упрощения анализа ее работы примем следующие допущения: прямое сопротивление диода равно нулю;
обратное сопротивление диода равно бесконечности. Работу выпрямителя удобно рассматривать с помощью временных диаграмм (см. рисунок 1.4, б). В первый полупериод, т.е.
в интервале времени 0 – T/2, когда потенциал точки a выше
потенциала точки b, диод открыт и в нем появляется ток ia, а
в нагрузочном резисторе – ток iн, причем ia = iн. Падение напряжения на диоде ua = 0. В интервале времени T/2 – T диод
19
закрыт, ток ia и ток в нагрузочном резисторе отсутствует, а
π
= ω ω≈
π
=
∫
н.ср
0
н.ср
н
1
2 sin 0,45 ;
2
0,45 .
U U td t U
U
I
R
π
ut
π
2
к запертому диоду прикладывается обратное напряжение u,
т.е. ua = u и его максимальное значение U
обр.max
= 2×U.
При этом средние значения выпрямленного тока и напряжения равны:
Степень пульсации выпрямленного напряжения, т.е.
наличие переменной составляющей в выпрямленной синусоидальной функции, характеризуется коэффициентом пульсаций выпрямленного напряжения. Так как выпрямленное
напряжение является несинусоидальной функцией, то его
можно разложить в ряд Фурье вида
U
н
m
= + ω+
н
(1 cos ...).
π
2
Принимая во внимание, что коэффициент пульсаций q
есть отношение амплитуды основной гармоники, частота которой в данном случае равна ω, к постоянной составляющей
ряда Фурье, получим
Помимо выпрямительных диодов существуют опорные
диоды – стабилитроны.
Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжения. Рабочим участком ВАХ стабилитрона является
участок обратной ее ветви, соответствующий области обратного пробоя p-n-перехода. При работе в этой области обратное напряжение на стабилитроне Uст мало изменяется при относительно больших изменениях тока стабилитрона от I
до I
бражение показаны на рисунке 1.5.
20
. ВАХ стабилитрона и его условное графическое изо-
ст.max
= ≈1,57.
q
ст.min
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]