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
21
I
R2
1TV
VD
U
VD
U1
0
н
2
0
н
0
0
U
i
t
t
Рисунок 4.2 –двухполупериодная схема выпрямления и диаграммы на-
пряжений и токов
Принцип работы схемы основан на односторонней проводимости вентиля
VD, подключенного последовательно с потребителем к вторичной обмотке
питающего трансформатора TV. Действительно, благодаря включению в
схему элемента, обладающего вентильными свойствами, несмотря на наличие переменного напряжения U2 у источника питания (в данном случае
вторичной обмотки трансформатора), ток, возникающий в цепи, будет проходить всегда в одном направлении, и только в течение одного полупериода
переменного напряжения.
Однофазная схема, при всей своей простоте и компактности обладает рядом существенных недостатков, основные из них:
а) большие пульсации выпрямленного тока и напряжения;
б) плохие условия работы трансформатора.
2. Двухполупериодная схема выпрямления
Двухполупериодная или двухфазная схема выпрямления (рис. 4.2) имеет
трансформатор TV со средней точкой во вторичной обмотке и два вентиля
VD1 и VD2.
У двухполупериодного выпрямителя за время полного периода переменно-
го напряжения трансформатора поочередно работают обе половины вторичной обмотки, каждая со своим вентилем.
Таким образом, процесс выпрямления в схеме протекает непрерывно.
Двухполупериодный выпрямитель создает меньшие пульсации выпрям-
ленного напряжения, чем однополупериодный, однако в обеих схемах пульсации напряжения еще велики, поэтому практическое их применение вызывает необходимость включения сглаживающих фильтров.
живающий фильтр (рис. 4.3), который представляет собой четырехполюсник, состоящий из двух конденсаторов и резистора: фильтр включается ме-
В данной работе рассмотрен П — образный резисторно-емкостный сгла-
22
жду выпрямителем и потребителем, причем конденсаторы фильтра включа-
C1мителю
R
к выпря-
бителюC2
к потре-
Рисунок 4.3 – П-образный резисторно-емкостной сглаживающий фильтр
выпр
Ucp
Uc
Uc
0
t
t
U
0
Ucp
Рисунок 4.4 – Напряжение выпрямителя, работающего по однополу-
периодной схеме
а
б
ются параллельно потребителю, а резистор фильтра - последовательно с потребителем.
Принцип работы сглаживающего фильтра основан на использовании
свойств емкости и резистора при работе совместно с выпрямителем, как источником некоторого пульсирующего напряжения.
Если рассматривать мгновенные значения напряжений в схеме, то при
увеличении пульсирующего напряжения выпрямителя до амплитудного его
значения емкость фильтра будет заряжаться, и напряжение на ней будет
увеличиваться до значения, близкого к амплитудному. Далее, когда пульсирующее напряжение выпрямителя будет уменьшаться по синусоидальному
закону, заряд емкости прекратится и она начнет разряжаться на потребитель,
поддерживая на его зажимах напряжение, зависящее от скорости разряда
емкости. При этом напряжение на емкости и, следовательно, на потребителе
будет изменяться по экспоненциальному закону. Чем больше емкость
фильтра, тем медленнее будет спадать напряжение на ней.
Следующий импульс напряжения выпрямителя будет опять заряжать ем-
кость, повышая напряжение на ней до значения, близкого к амплитудному и
т.д.; процесс будет повторяться (рис. 4.4).
23
I0 (mA)
U0 (B)
На рисунке 4.4 показана кривая напряжения вьшрямителя U
выпр
, работающего по однополупериодной схеме. Это же напряжение при отсутствии
емкости фильтра будет приложено к зажимам потребителя.
На этом рисунке Ucp характеризует среднее значение выпрямленного напряжения, т.е. постоянную составляющую, фиксируемую измерительным
прибором (например, вольтметром магнитоэлектрической системы).
Рисунок 4.4 соответствует работе выпрямителя с емкостным фильтром, и
кривая Uc характеризует напряжение на емкости фильтра, или, что то же, напряжение на потребителе.
Из сравнения графиков а и б рис. 4.4 следует, что применение емкостно-
го фильтра не только уменьшает пульсации напряжения на потребителе, но
и повышает постоянную составляющую этого напряжения. Чем больше величина емкости, тем сильнее ее сглаживающее действие и тем больше напряжение на выходе выпрямителя, т.е. у потребителя (разумеется, напряжение на выходе не может превысить амплитудное значение напряжения
трансформатора).
Для более эффективного сглаживания используется резисторно-
емкостной фильтр. Применение активного сопротивления неизбежно увеличивает внутреннее сопротивление выпрямителя и делает его внешнюю характеристику U0 = f (I0) (зависимость выпрямленного напряжения U0 от
выпрямленного тока I0, т.е. тока нагрузки) более падающей.
Схема лабораторной установки
Исследование полупроводникового выпрямителя производится на лабо-
раторном стенде, схема которого приведена на рис.4.5.
ЗАДАНИЕ
1. Снять внешнюю характеристику однополупериодного выпрямителя
U0 = f (I0) без сглаживающего фильтра. Ток нагрузки изменять от возможного максимума через 2,0 mA до значения, не превышающего допустимого
среднего значения тока исследуемого диода.
Полученные экспериментальные данные свести в таблицу 1.
Таблица 1. Внешняя характеристика однополупериодного выпрямителя
без сглаживающего фильтра
2. По табличным данным построить график внешней характеристики полупроводникового выпрямителя без сглаживающего фильтра.
24
I0 (mA)
U0 (B)
I0 (mA)
U0 (B)
I0 (mA)
U0 (B)
3. Снять внешнюю характеристику однополупериодного выпрямителя
U0 = f (I0) с П – образным сглаживающим фильтром.
Ток нагрузки I0 изменять от возможного минимума через 2,0 mA до зна-
чения, не превышающего допустимого среднего значения тока исследуемого
выпрямителя. Полученные данные свести в таблицу 2.
Таблица 2. Внешняя характеристика однополупериодного выпрямителя с
П – образным сглаживающим фильтром
4. По табличным данным построить график внешней характеристики
однополупериодного выпрямителя со сглаживающим фильтром совместно с
графиком внешней характеристики однополупериодного выпрямителя без
фильтра.
5. Снять внешнюю характеристику двухполупериодного выпрямителя
U0 = f (I0) без сглаживающего фильтра. Ток нагрузки I0 изменять от возможного минимума через 2,0 mA до значения, не превышающего допустимого среднего значения тока исследуемого выпрямителя. Полученные данные свести в таблицу 3.
Таблица 3. Внешняя характеристика двухполупериодного выпрямителя
без сглаживающего фильтра
6. По табличным данным построить график внешней характеристики
двухполупериодного выпрямителя без сглаживающего фильтра.
7. Снять внешнюю характеристику двухполупериодного выпрямителя
U0 = f (I0) с П – образным сглаживающим фильтром.
Ток нагрузки I0 изменять от возможного минимума через 2,0 mA до зна-
чения, не превышающего допустимого среднего значения тока исследуемого
выпрямителя. Полученные данные свести в таблицу 4.
Таблица 4. Внешняя характеристика двухполупериодного выпрямителя с
П – образным сглаживающим фильтром
25
8. По табличным данным построить график внешней характеристики
Рисунок 4.5 – Схема лабораторной установки
S
VD2
TV
C1 C2
R1
S1
S2
R2
S4
PA
R3
S3
PV2
VD1
R4
К осциллографу
PV1
двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим фильтром совместно с
графиком внешней характеристики двухполупериодного выпрямителя без
фильтра.
9. Зарисовать осциллограммы мгновенного значения выпрямленного напряжения для однополупериодного выпрямителя при различном включении
элементов сглаживающего фильтра:
а) при отсутствии фильтра;
б) при включении конденсатора С1;
в) при включении конденсаторов С1 и С2;
г) при включении конденсаторов С1, С2 и резистора фильтра.
Примечание: рассмотрение осциллограмм для различных комбинаций вклю-
чения элементов сглаживающего фильтра производить при неизменной установке рукоятки вертикального усиления осциллографа.
10. Зарисовать осциллограммы мгновенного значения выпрямленного напряжения для двухполупериодного выпрямителя при различном включении
элементов сглаживающего фильтра:
а) при отсутствии фильтра;
б) при включении конденсатора С1;
в) при включении конденсаторов С1 и С2;
г) при включении конденсаторов С1, С2 и резистора фильтра.
Порядок выполнения работы
1. Изучить схему лабораторной установки (рис. 4.5) и ознакомиться с расположением деталей и приборов на лабораторном макете.
26
2. Снять внешнюю характеристику однополупериодного выпрямителя
U0 = f (I0) без сглаживающего фильтра, для чего:
а) включить выключатель S2 и выключить выключатели S1, S3, S4;
б) введя полностью нагрузочный потенциометр R1 , включить тумблер питания S;
в) увеличивая с помощью R1 значение тока нагрузки по PA в пределах от
минимального до 20 mA через 2,0 mA, отмечать соответствующие значения
выпрямленного напряжения по PV2;
г) по окончании снятия характеристики выключить тумблер питания S.
3. Снять внешнюю характеристику однополупериодного выпрямителя
U0 = f (I0) с П – образным сглаживающим фильтром, для чего:
а) включить выключатели S3 и S4 и выключить резистор R4 фильтра (S2);
б) введя полностью нагрузочный потенциометр включить тумблер
питания S;
в) увеличивая с помощью R1 значение тока нагрузки по PA, отмечать соответствующие значения выпрямленного напряжения по PV2;
г) по окончании снятия характеристики выключить тумблер питания S.
4. Снять внешнюю характеристику двухполупериодного выпрямителя
U0 = f (I0) без сглаживающего фильтра, для чего:
а) включить выключатели S1 и S2 и выключить выключатели S3 и S4;
б) введя полностью нагрузочный потенциометр R1 включить тумблер питания S;
в) увеличивая с помощью R1 значение тока нагрузки, по PA, отмечать соот-
ветствующие значения выпрямленного напряжения по PV2;
г) по окончании снятия характеристики выключить тумблер питания S.
5. Снять внешнюю характеристику двхполупериодного выпрямителя
U0 = f (I0) с П – образным сглаживающим фильтром, для чего:
а) включить выключатели S1, S3, S4 и выключить выключатель S2;
б) введя полностью нагрузочный реостат R1, включить тумблер S;
в) увеличивая с помощью R1 значение тока нагрузки, по PA, отмечать соот-
ветствующие значения выпрямленного напряжения по PV2;
г) по окончании снятия характеристики выключить тумблер питания S.
1. Зарисовать осциллограммы мгновенного значения выпрямленного напряжения для однополупериодного выпрямителя согласно п. 9 задания.
2. Зарисовать осциллограммы мгновенного значения выпрямленного напряжения для двухполупериодного выпрямителя согласно п. 10 задания.
3. По окончании работы выключить тумблеры питания схемы и питания осциллографа.
4. По экспериментальным данным построить графики внешних характеристик выпрямителя.
27
Содержание отчета
1. Схема лабораторной установки и краткая характеристика приборов и аппаратуры.
2. Таблицы наблюдений по всем пунктам задания.
3. Графики с внешними характеристиками.
4. Осциллограммы мгновенных значений напряжений согласно п. 10 задания.
5. Краткие выводы и заключение по проделанной работе.
28
Э Э К
Б
К
Б
p n p n p
n
•
Работа № 5
ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРА
1. Цель работы:
1.1. Снять статические характеристики транзистора.
1.2. Определить по характеристикам транзистора в рабочей точке его стати-
ческие параметры.
Общие теоретические положения.
Биполярный транзистор представляет собой трехэлектродный полупроводниковый прибор с двумя электронно-дырочными переходами, имеет
три вывода и предназначен для усиления и генерирования электрических
сигналов. Электронно-дырочные переходы в транзисторе образуются тремя
областями различной электропроводности. В зависимости от порядка чередования областей транзисторы могут быть типов p-n-p и n-p-n. В обоих случаях транзистор содержит два p-n или n-p перехода. На рис. 1 а, б показано
условное обозначение транзисторов типов p-n-p и n-p-n.
а) б)
а) – транзистор типа p – n – p ; б) – транзистор типа n – p - n
Рисунок 5.1 - Транзисторы и их условные обозначения
Один наружный слой транзистора называют эмиттером, он главным образом и создает ток транзистора. Другой наружный слой называют коллекто-
29
ром. Он собирает заряды, поступающие от эмиттера. Средний слой транзистора называют базой. На первый переход (эмиттер-база) подают прямое (отпирающее) напряжение. Даже при небольшом прямом напряжении (доли
вольта) через первый (эмиттерный) переход может проходить значительный
ток. На второй переход (база - коллектор) подают обратное (запирающее) напряжение. Значение напряжения на втором (коллекторном) переходе
гораздо больше, чем на первом (единицы – десятки вольт).
Физика работы транзисторов типов p-n-p и n-p-n в принципе одинако-
ва. Рассмотрим работу транзистора p-n-p. Между коллектором и базой приложено отрицательное напряжение. При отсутствии тока эмиттера через коллекторный переход течет только обратный ток коллектора I
, обусловлен-
кбо
ный не основными носителями зарядов в коллекторе и базе. В большинстве
транзисторов этот ток очень мал и его часто не учитывают при расчетах
электрических схем. При подаче прямого напряжения на эмиттерный переход возникает ток эмиттера Iэ. Электроны валентной зоны эмиттера переходят во внешнюю цепь и образующиеся при этом дырки начинают двигаться в
сторону базы. Так как база выполнена из проводника n – типа, дырки для нее
являются не основными носителями заряда.
Толщина базы в транзисторе очень мала, поэтому большая часть дырок, инжектируемых эмиттером, пролетает сквозь базы до коллекторного перехода, захватывается электрическим полем и образует ток коллектора Iк. Те
дырки, которые частично рекомбинируют в базе со свободными электронами, образуют ток базы Iб. Очевидно, что в транзисторе Iк = Iэ – Iб . Связь
между приращениями токов коллектора и эмиттера характеризуется коэффициентом передачи тока эмиттера =Iк / Iэ. При достаточно тонкой базе, а,
значит, при малых потерях дырок за счет их рекомбинации в базе, коэффициент передачи тока эмиттера может быть более 0,99.
Изменяя ток эмиттера, можно управлять током коллектора. При малой
толщине базы изменение тока коллектора при изменении тока эмиттера происходит с очень малой инерцией вплоть до самых высоких частот. Тат как
Iк Iэ, а обратное напряжение на коллекторном переходе гораздо больше, чем
прямое напряжение на эмиттерном переходе, то мощность, создаваемая коллекторным током в нагрузке, может быть гораздо больше мощности, затрачиваемой на управление током в цепи эмиттера. Таким образом, транзистор
обладает усилительным эффектом.
В рассмотренном примере (рис. 1.1) базовый электрод является общим
для эмиттерной и коллекторной цепей. Такое включение транзистора и называют включением по схеме с общей базой. Возможны также другие способы
включения транзистора: с общим эмиттером (рис. 5.2 а), с общим коллектором (рис. 5.2 б). В схеме с общим эмиттером ток базы управляет током коллектора, в схеме с общим коллектором ток базы управляет током эмиттера.
Наиболее часто используют транзисторы при их включении по схеме с общим эмиттером. Входным напряжением в схеме с общим эмиттером является
Uбэ. Первый переход открыт, если на базе отрицательное напряжение (для
транзистора р-н-р - типа). Выходным напряжением здесь является Uкэ. На-
30
Б
Б К Э Э
К К
Э
а)
б)
а) – с общим эмиттером; б) – с общим коллектором
Рисунок 5.2 – Схемы включения транзистора
U U
кэ
U
0
U
I
A
I
б
б
=5В
бэ
=0
кэкэ
U
бэ
Рисунок 5.3 – Входные характеристики транзистора при включении с
общим эмиттером
пряжение на коллекторе также должно быть отрицательным относительно
эмиттера. Второй переход закрыт, если напряжение на коллекторе по модулю
превышает напряжение на базе.
Параметры транзистора можно определить по его входным и выходным
характеристикам. Входные характеристики транзистора, включенного по
схеме с общим эмиттером, представляют собой зависимости тока базы от напряжения на базе: Iб = (Uбэ) при Uкэ=const .
На рис. 5.3 приведены входные характеристики транзистора при его
включении с общим эмиттером.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]