Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехника, электроника и электрооборудование. Часть 1А. Электроника. Методические рекомендации к выполнению лабораторных работ
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РФ
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
В.М. Муравьев, Л.В. Савенко
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ
РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, ЭЛЕКТРОНИКА И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
ЧАСТЬ 1А. ЭЛЕКТРОНИКА
Издательство «Альтаир»
Москва, 2005
УДК 621.3
Авторы: Б.М. Муравьев, Л.В. Савенко. Электротехника, электроника и электрооборудование.
Методические рекомендации к выполнению лабораторных работ, ч.1А, ЭЛЕКТРОНИКА.
Учебное пособие. М.: Изд-во «Альтаир» МГАВТ, 2005 — 47
Учебное пособие «Электротехника, электроника и электрооборудование.
Методические рекомендации к выполнению лабораторных работ, ч.1А, ЭЛЕКТРОНИКА».
Методические рекомендации к выполнению лабораторных работ имеют целью оказание
методической помощи студентам, изучающим дисциплину «Электротехника», при
выполнении ими лабораторных работ по разделу «Электроника», предусмотренного учебным
планом.
Основные задачи лабораторных работ: применение и закрепление теоретических
знаний, полученных студентами при изучении дисциплины «Электротехника», овладение
техникой и методикой проведений эксперимента, приобретение первичных навыков анализа,
сборки и настройки электрических схем.
Московской государственной академии водного транспорта.
Для студентов технических специальностей, изучающих электротехнику в
Рецензент - кандидат технических наук Богданов Константин Леонидович
Издается по решению Учебно-методического совета МГАВТ.
Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать материалов несут
авторы и кафедры академии, выпускающие учебно-методические материалы.
© МГАВТ, 2005
© Авторы В.М. Муравьев, Л.В. Савенко, 2005
СОДЕРЖАНИЕ
Работа № 1. Исследование полупроводникового диода …............................................... 4
Работа № 2. Исследование одно- и двухполупериодного выпрямителей …................... 9
Работа № 3. Исследование трехфазных нерегулируемых выпрямителей …................. 15
Работа № 4. Исследование полупроводникового выпрямителя с П - образным
фильтром …......................................................................................................................... 20
Работа № 5. Входные и выходные характеристики транзистора …............................... 28
Работа № 6. Исследование транзисторных усилителей …............................................. 34
Работа № 7. Исследование однофазных управляемых выпрямителей …..................... 39
Рекомендуемая литература …............................................................................................ 47
Работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА
1. Основные положения
Полупроводниковым диодом называется прибор, имеющий два полу-
проводника с разной электропроводностью, т.е. полупроводника с электронной, или типа n проводимостью, и полупроводника с дырочной, или типа р
проводимостью, имеющих общую поверхность соприкосновения. Оба полупроводника помещены в металлический корпус и имеют электрические выводы для включения в схему. Выводом одного из полупроводников обычно
является корпус прибора. В зависимости от величины поверхности соприкосновения полупроводниковые диоды могут быть точечными, где поверхность контакта сравнительно мала, и плоскостными, где поверхность контакта значительна.
Наибольшее распространение на практике получили плоские германие-
вые диоды, которые в качестве полупроводника с электронной проводимостью имеют кристалл германия – элемента 4-й группы таблицы Менделеева,
а в качестве полупроводника с дырочной проводимостью – тот же элемент
германия, в который введена примесь индия – элемента 3-й группы, обладающего акцепторными свойствами. Практически индий наплавляется с одной стороны на пластину германия и образует в нем зону полупроводника с
дырочной проводимостью.
На границе раздела полупроводников различной проводимости благодаря явлению диффузии зарядов противоположных знаков и образования
вследствие этого двойного слоя зарядов противоположных знаков образуется
пограничное электрическое поле определенного знака. Иначе говоря, на границе раздела полупроводников с различными проводимостями возникает потенциальный барьер, который способствует прохождению электрического
тока в одном направлении и является препятствием для прохождения тока в
противоположном направлении. Это эквивалентно тому, что граница раздела
двух противоположных полупроводников, или, как говорят, электроннодырочный переход, обладает малым сопротивлением для тока одного направления (условно прямого) и большим сопротивлением для тока противоположного направления (условно обратного).
Прямым направлением для тока является направление от полупроводника типа p к полупроводнику типа n.
Свойства электронно-дырочного перехода в полупроводниках наглядно
выражаются вольтамперной характеристикой их переходов, т.е. зависимостью тока через переход от приложенного напряжения. Примерный вид
вольтамперной характеристики электронно-дырочного перехода представлен
на рис. 1.1.
4
5
ПР
I
ПР
U
ПР
r
ОБР
I
ОБР
U
ОБР
r
I
I
U U
обр
обр
пр
пр
0
Рисунок 1.1 – Вольтамперная характеристика электронно-дырочного
перехода
Свойства полупроводникового диода и его характеристики в основном
определяются свойствами электронно-дырочного перехода применяемых в
нем полупроводников. В связи с этим основной характеристикой полупроводникового диода, имеющего большое практическое значение, является
вольтамперная характеристика.
Из вольтамперной характеристики перехода, или, что то же самое,
вольтамперной характеристике диода, следует, что диод обладает резко выраженными вентильными свойствами. Это и определило основное применение диода как выпрямителя для выпрямительных схем.
Параметрами диода, характеризующими его работу в выпрямительных
схемах, является прямое и обратное сопротивление. Эти сопротивления можно рассчитать, используя вольтамперную характеристику диода, по формулам
;
где ΔU
отложенные на прямолинейных участках прямой и обратной ветвей вольтамперной характеристики;
, ΔU
ПР
- приращение прямого и обратного напряжений,
ОБР
,
6
Δ I ПР , Δ I
- соответствующие им приращения прямого и об-
ОБР
ратного токов.
Важным параметром диода является величина допустимого прямого тока I , который диод может пропускать длительное время, не нагреваясь. По
величине допустимого прямого тока плоскостные диоды делятся на 3 группы: маломощные ( I
10 A ) , мощные ( I
ПР. ДОП.
ПР. ДОП.
< 0,3 A), средней мощности ( 0,3 A < I
> 10A ).
ПР. ДОП.
<
В справочниках приводятся также величины допустимого обратного напряжения диода U
обр. max
, которое составляет приблизительно 80% от про-
бивного. Максимальное обратное напряжение германиевых диодов имеет величину до 600 В. Кремниевые диоды выдерживают значительно большие
обратные напряжения (до 1200 В).
Важным параметром выпрямительных диодов является диапазон рабочих частот. Обычные плоскостные диоды работают на частотах до 10 кГц.
Это связано с большой емкостью p-n перехода при обратном смещении
(20…50 пкФ), определяемый площадью p-n перехода. При увеличении частоты свыше 10 кГц потери в диоде резко увеличивается, диод разогревается и
может выйти из строя.
Точечные диоды вследствие малой емкости (малой площади) p-n перехода (порядка 0,5…1 пкФ) являются высокочастотными приборами и могут
быть использованы для выпрямления токов в широком диапазоне частот (до
сотен мГц), для детектирования и других нелинейных преобразований электрических сигналов.
2. Описание лабораторной установки
Исследование полупроводникового диода проводится на унифицированной лабораторной установке.
Схема (рис. 1.2) включает в себя два источника постоянного тока: один –
низкого напряжения, другой – сравнительно более высокого, причем в обоих
источниках предусмотрена возможность их широкой регулировки при изменении величины подаваемого на прибор напряжения. Для обеспечения правильного режима работы исследуемых приборов по напряжению при использовании обоих источников в схеме подобраны соответствующие балластные
сопротивления.
Обозначения в схеме:
VD - исследуемый диод Д7Ж;
S1 - выключатель для подачи напряжения на выпрямители;
VD1 - выпрямитель для создания прямого тока диода;
VD2 - выпрямитель для создания обратного тока диода;
S2 - выключатель подачи низкого напряжения;
S3 - выключатель подачи обратного напряжения на диод VD от VD1 ;
S4 - переключатель режима исследований диода: положение 1 – снятие
прямого тока диода; положение 2 – снятие обратного тока;
7
№ опыта
1 2 3 4 5 6 7 8 9
UПР B
IПР mA
VD
R4
VD1
R1 S3
R2
PV2
S2 R3
VD2
S1
S4
PV1
PA2
220
PA1
Рисунок 1.2 – Схема лабораторной установки для исследования полу-
проводникового диода
R1 - потенциометр для регулирования прямого напряжения диода;
R3 - потенциометр для регулирования обратного напряжения диода;
R2, R4 - балластные сопротивления;
РV1 - вольтметр для измерения прямого напряжения диода;
РV2 - вольтметр для измерения обратного напряжения диода;
РA1 - миллиамперметр для измерения прямого тока;
РA2 - микроамперметр для измерения обратного тока.
3. Задание и порядок выполнения работы:
1) изучить схему лабораторной установки;
2) снять участок прямого тока вольтамперной характеристики, для чего:
а) поставить движки потенциометров R1 и R3 в исходное положение;
б) переключатель S4 поставить в положение 1, соответствующее сня-
тию характеристики прямого тока. Включить тумблеры S1 и S2 ;
в) изменяя с помощью R1 прямое напряжение на диоде от 0 до 0,4 В
через 0,1 В (вольтметр pV1), замерять соответствующие значения прямого
тока по миллиамперметру.
А. Данные замеров записать в таблицу 1.
Таблица 1. Параметры замеров прямого тока
8
№ опыта
1 2 3 4 5 6 7 8 9
U
ОБР
B
I
ОБР
μA
г) выключить тумблер S2. Потенциометр R1 поставить в исходное положение.
3) снять участок обратного тока вольтамперной характеристики I
(U
) , для чего:
обр
обр
= ∫
а) переключатель S4 поставить в положение 2, соответствующее снятию характеристики обратного тока. Включить тумблер S3;
б) изменяя с помощью R3 обратное напряжение на диоде от 0 до 100 В
через 10 В (вольтметр РV2), отмечать соответствующее значение обратного
тока по микроамперметру РA2. Данные замеров записать в таблицу 2.
Таблица 2. Параметры замеров обратного тока
в) включить тумблеры S1 и S3. Потенциометр R3 поставить в исходное
положение.
4) по табличным данным построить график вольтамперной характери-
стики диода для прямого и обратного тока в одной системе координат. Для
построения обратной ветви применить укрупненный масштаб.
5) пользуясь вольтамперной характеристикой, приближенно рассчитать
значения прямого и обратного сопротивлений диода описанным выше способом.
4. Указания по выполнению отчета
Отчет должен содержать:
1. Схему лабораторной установки.
2. Таблицы 1 и 2.
3. График вольтамперной характеристики диода в эксперименте (при-
мерный вид вольтамперной характеристики представлен на рис. 1.1).
4. Расчет r и r
обр
.
5. Краткие выводы по работе.
9
Обозначе-
ние
Постоянное обратное напряжение U
обр.макс
, В
Постоянный обратный ток
I
обр.макс
, мкА
Средний выпрямленный ток
I
с.макс
,мА
Д226
400
100
300
Д237
600
50
300
КД202
600
1000
3000
КД209
800
100
700
Ф
ВЫХ
U
В
U
TV
ВХ
TV трансформатор; VD – вентиль; F – фильтр
Рисунок 2.1 – Состав выпрямительной установки
Работа № 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНО- И ДВУХПОЛУПЕРИОДНОГО
ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
1. Цель работы: исследование схем выпрямителей; определение сглажи-
вающего действия фильтров.
2. Общие сведения
В качестве источников питания различных электронных устройств часто
используются выпрямители. В состав выпрямительной установки (рис. 2.1)
входят следующие элементы: трансформатор TV – устройство для преобразования напряжения переменного тока питающей сети в требуемое переменное напряжение и разделения электрических цепей; вентиль VD – прибор,
обладающий односторонней проводимостью электрического тока; фильтр F
– устройство, обеспечивающее необходимое ослабление пульсаций выпрямленного напряжения.
Вентиль преобразует переменное напряжение в пульсирующее. В качестве
вентилей могут использоваться различные приборы, обладающие односторонней проводимостью, в зависимости от назначения выпрямителя. Часто в
выпрямителях в качестве вентилей используются диоды. Вольтамперная характеристика полупроводниковых диодов (рис. 2.2) отличается от идеальной
характеристики вентиля. Однако у хороших полупроводниковых диодов обратные токи весьма малы и несущественно влияют на работу выпрямителя.
В таблице 1 показаны основные электрические параметры полупроводниковых диодов, наиболее часто используемых в схемах выпрямителей.
Таблица 1. Основные параметры некоторых полупроводниковых диодов
10
пр
0
UU
I
обр
обр
пр
I
Рисунок 2.2 – Примерный вид вольтамперной характеристики полу-
проводникового диода
0
U
Однополупериодная
U
U'
U
U'
I I
I
1
R
R
1
VD
2
VD
VD
2
0
2
1
2
0
U
0
U
Двухполупериодная
0
Рисунок 2.3 – Простейшие схемы выпрямителей на полупроводниковых
диодах
В лабораторной работе исследуется простейшие схемы выпрямителей на
полупроводниковых диодах: одно- и двухполупериодная схемы (рис. 2.3).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]