лабораторные работы / Лаб1

8

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Цель работы: изучить принцип работы полупроводникового диода, измерив зависимость тока через диод от напряжения на нем, и рассчитать его дифференциальное сопротивление.

Приборы и материалы:

1) Плата монтажная – 1 шт.

2) Трансформатор (220В/1-40 В) – 1 шт.

3) Диоды плоскостные выпрямительные (Д226Б) – 4 шт.

4) Конденсатор электролитический (К50-6 2000мкФ х 25В) – 1 шт.

5) Резистор переменный (СП4-63 100 кОм, 2 Вт)

6) Тумблер (ТП1-2 220В, 2А) – 1 шт.

7) Тумблер (ТВ2-1 220В, 1А) – 1 шт.

8) Диод точечный маломощный высокочастотный (Д2В) – 1 шт.

9) Прибор универсальный многофункциональный измерительный цифровой (мультиметр) (DT-838) – 2 шт.

10) Провод соединительный медный одножильный изолированный (0,5)

Для пайки использовались канифоль, припой марки ПОС-60 и паяльник типа «пистолет» быстрого разогрева (самодельный).

При составлении отчета использовались следующие программные продукты:

текстовый процессор Microsoft Word 97 из пакета MS Office 97 Pro

построитель графиков Advanced Grapher v1.6, Copyright © 1998-2000 SerpikSoft

под управлением ОС Microsoft Windows 98

ПОРЯДОК РАБОТЫ

Для выполнения работы нам было предложено собрать измерительную установку по схеме на рисунке 1 а.

Н ами был использован слегка модифицированный вариант схемы измерительной установки, приведенный на рисунке 1 б.

X1 – вилка сетевая (220В, 5Гц)

БП – блок питания

Т – трансформатор (1-40В)

X2 – разъем для выбора напряжения

Д1-Д4 – мост выпрямительный 2-полупериодный на 4 диодах Д226Б

C – конденсатор электролитический для сглаживания пульсаций 2000мкФ х 25В

R – резистор переменный для регулировки напряжения 100кОм

Д5 – исследуемый точечный диод Д2В

П1 – тумблер для изменения полярности включения диода

V – вольтметр (мультиметр с установленным пределом измерения 20В)

A – амперметр (мультиметр с установленным пределом измерения 200мА/20мА – прямое включение, 2000 мкА – обратное включение)

П2 – тумблер для отключения амперметра

На монтажной плате нами была смонтирована измерительная схема в соответствии с рисунком 1 а. Затем было произведено подключение измерительных приборов, установленных на соответствующие пределы измерения, и включение установки в электрическую сеть. С посмощью тумблера П1 было установлено прямое включение исследуемого диода Д5. Изменяя положение движка переменного резистора R, были последовательно получены напряжения на диоде от 0 до 2 В с шагом 0,2 В, контролируемые с помощью вольтметра V. Для каждого из значений напряжения на диоде Д5 с помощью амперметра A был измерен ток, протекающий через диод. Результаты измерений были занесены в таблицу 1.1. Затем было установлено обратное включение диода Д5 тумблером П1, а также изменен предел измерения тока амперметра A. Измерения производились аналогично прямому включению диода Д5, но напряжение на диоде изменялось от 0 до 10 В с шагом 1 В. Результаты измерений были занесены в таблицу 1.2. В обоих случаях вблизи нуля были произведены промежуточные измерения (с меньшим шагом изменения напряжения). В связи с высоким входным сопротивлением используемого измерительного прибора в режиме вольтметра и низким в режиме амперметра, была возможность произведения необходимых измерений без отключения приборов. Используя измеренные значения напряжения на диоде и тока через него (таблицы 1.1 и 1.2), была построена вольт-амперная характеристика исследуемого диода (рисунок 2). Используя измеренные значения напряжения и тока (таблицы 1.1 и 1.2), был произведен расчет дифференциального сопротивления диода. Результаты расчетов были занесены в таблицы 2.1 и 2.2. Используя рассчитанные значения дифференциального сопротивления диода и напряжения (таблицы 2.1 и 2.2), был построен график зависимости дифференциального сопротивления исследуемого диода от напряжения на нем (рисунок 3).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Таблица 1.1				Таблица 1.2
прямое включение				обратное включение
№	Uд, В	Iд, мА		№	Uд, В	Iд, мкА
1	2,0	30,2		1	10,00	14
2	1,8	26,4		2	9,00	13
3	1,6	22,6		3	8,00	12
4	1,4	18,7		4	7,00	11
5	1,2	14,8		5	6,00	10
6	1,0	10,9		6	5,00	9
7	0,8	6,90		7	4,00	8
8	0,6	3,80		8	3,00	7
9	0,4	1,40		9	2,00	6
10	0,3	0,60		10	1,50	5
11	0,2	0,20		11	1,00	4
12	0,1	0,04		12	0,50	3
13	0,0	0,00		13	0,25	2,5
				14	0,10	2
				15	0,05	1
				16	0,00	0

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Рассчитаем дифференциальное сопротивление диода при различных значениях напряжения на нем, используя измеренные значения напряжения и тока в таблицах 1.1 и 1.2, по следующим формулам:

Ri n =		Uд n+1 – Uд n
		Iд n+1 – Iд n
Ui n =		Uд n+1 + Uд n
		2

прямое включение				обратное включение
Ri1=(2-1,8)/(30,2-26,4)=52,6	Ui1=(2+1,8)/2=1,9			Ri1=(10-9)/(14-13)=1000	Ui1=(10+9)/2=9,5
Ri2=(1,8-1,6)/(26,4-22,6)=52,6	Ui2=(1,8+1,6)/2=1,7			Ri2=(9-8)/(13-12)=1000	Ui2=(9+8)/2=8,5
Ri3=(1,6-1,4)/(22,6-18,7)=51,3	Ui3=(1,6+1,4)/2=1,5			Ri3=(8-7)/(12-11)=1000	Ui3=(8+7)/2=7,5
Ri4=(1,4-1,2)/(18,7-14,8)=51,3	Ui4=(1,4+1,2)/2=1,3			Ri4=(7-6)/(11-10)=1000	Ui4=(7+6)/2=6,5
Ri5=(1,2-1)/(14,8-10,9)=51,3	Ui5=(1,2+1)/2=1,1			Ri5=(6-5)/(10-9)=1000	Ui5=(6+5)/2=5,5
Ri6=(1-0,8)/(10,9-6,9)=50	Ui6=(1+0,8)/2=0,9			Ri6=(5-4)/(9-8)=1000	Ui6=(5+4)/2=4,5
Ri7=(0,8-0,6)/(6,9-3,8)=64,5	Ui7=(0,8+0,6)/2=0,7			Ri7=(4-3)/(8-7)=1000	Ui7=(4+3)/2=3,5
Ri8=(0,6-0,4)/(3,8-1,4)=83,3	Ui8=(0,6+0,4)/2=0,5			Ri8=(3-2)/(7-6)=1000	Ui8=(3+2)/2=2,5
Ri9=(0,4-0,3)/(1,4-0,6)=125	Ui9=(0,4+0,3)/2=0,35			Ri9=(2-1,5)/(6-5)=500	Ui9=(2+1,5)/2=1,75
Ri10=(0,3-0,2)/(0,6-0,2)=250	Ui10=(0,3+0,2)/2=0,25			Ri10=(1,5-1)/(5-4)=500	Ui10=(1,5+1)/2=1,25
Ri11=(0,2-0,1)/(0,2-0,04)=625	Ui11=(0,2+0,1)/2=0,15			Ri11=(1-0,5)/(4-3)=500	Ui11=(1+0,5)/2=0,75
Ri12=(0,1-0)/(0,04-0)=2500	Ui12=(0,1+0)/2=0,05			Ri12=(0,5-0,25)/(3-2,5)=500	Ui12=(0,5+0,25)/2=0,375
				Ri13=(0,25-0,1)/(2,5-2)=300	Ui13=(0,25+0,1)/2=0,175
				Ri14=(0,1-0,05)/(2-1)=50	Ui14=(0,1+0,05)/2=0,075
				Ri15=(0,05-0)/(1-0)=50	Ui15=(0,05+0)/2=0,025

и занесем рассчитанные значения в таблицы 2.1 и 2.2

Таблица 2.1				Таблица 2.2
прямое включение				обратное включение
№	Ui, В	Ri, Ом		№	Ui, В	Ri, кОм
1	1,90	52,6		1	9,500	1000
2	1,70	52,6		2	8,500	1000
3	1,50	51,3		3	7,500	1000
4	1,30	51,3		4	6,500	1000
5	1,10	51,3		5	5,500	1000
6	0,90	50		6	4,500	1000
7	0,70	64,5		7	3,500	1000
8	0,50	83,3		8	2,500	1000
9	0,35	125		9	1,750	500
10	0,25	250		10	1,250	500
11	0,15	625		11	0,750	500
12	0,05	2500		12	0,375	500
	0	4672		13	0,175	300
				14	0,075	50
				15	0,025	50

п остроим графики зависимости тока от напряжения на диоде (вольт-амперную характеристику) (рисунок 2) и дифференциального сопротивления диода от напряжения (рисунок 3), используя значения в таблицах 1.1, 1.2 и 2.1, 2.2.

ВЫВОД

П ри выполнении работы мы познакомились с принципом работы полупроводникового диода и его включением в электрическую цепь, а также измерили его основные параметры и рассчитали дифференциальное сопротивление при различных значениях напряжения. Нами была построена вольт-амперная характеристика диода (т.е. зависимость тока через диод от напряжения на нем), используя измеренные значения тока и напряжения, и зависимость дифференциального сопротивления диода от напряжения, используя рассчитанные значения. В результате произведенных измерений и вычислений мы убедились, что:

прямой ток через диод намного больше обратного, то есть диод пропускает ток преимущественно в одном направлении;

ток через диод изменяется при изменении напряжения по нелинейному закону вблизи 0 и линейно при больших напряжениях;

дифференциальное сопротивление диода вблизи 0 (на нелинейном участке вольт-амперной характеристики) зависит от приложенного напряжения, а при больших напряжениях (на линейном участке) постоянно;

при изменении полярности приложенного напряжения дифференциальное сопротивление диода меняется на несколько порядков;

диод представляет собой электронный ключ с 2 состояниями (характеризующимися существенно различными дифференциальными сопротивлениями), переключающийся при изменении полярности приложенного напряжения; конечным состояниям ключа соответствуют области с постоянным (не зависящим от напряжения) дифференциальным сопротивлением; промежуточное состояние ключа (во время переключения) соответствует области с нелинейной зависимостью тока от напряжения.

Таким образом, можно использовать диод либо как ключ, пропускающий ток только в одном направлении, используя линейные участки ВАХ, либо как нелинейный элемент, используя нелинейный участок вольт-амперной характеристики.

В ходе работы мы получили необходимые навыки пайки, а также навыки пользования измерительными приборами.