Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

схемотехника лабораторная

.doc
Скачиваний:
16
Добавлен:
01.04.2014
Размер:
353.79 Кб
Скачать

БГУИР

Кафедра систем и управления

Лабораторная работа №1

На тему “Исследование режекторного фильтра”, “Исследование полупроводниковых диодов” по дисциплине СвСУ

Выполнил:

Группа: 982411

Проверил: Русак Леонид Владимирович

Минск 2010

Цель работы: Снятие и анализ амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристики режекторного фильтра.

Теоретическая часть: Электрический фильтр, электрическое устройство, в котором из спектра поданных на его вход электрических колебаний выделяются (пропускаются на выход) составляющие, расположенные в заданной области частот, и не пропускаются все остальные составляющие. Электрический фильтр используются в системах многоканальной связи, радиоустройствах, устройствах автоматики, телемеханики, радиоизмерительной техники и т. д. — везде, где передаются электрические сигналы при наличии других (мешающих) сигналов и шумов, отличающихся от первых по частотному составу; они применяются также в выпрямителях тока для сглаживания пульсаций выпрямленного тока. Область частот, в которой лежат составляющие, пропускаемые (задерживаемые) Электрическим фильтром, называют полосой пропускания (полосой задерживания). Фильтрующие свойства электрического фильтра, количественно определяются относительной величиной вносимого им затухания в составляющие спектра электрических колебаний: чем больше различие затуханий в полосе задерживания и полосе пропускания, тем сильнее выражены его фильтрующие свойства. По виду кривой зависимости затухания от частоты (по взаимному расположению полос пропускания и задерживания) различают электрические фильтры: нижних частот (ФНЧ), пропускающие колебания с частотами не выше некоторой граничной fВ и задерживающие колебания с частотами выше fВ, верхних частот (ФВЧ), в которых, наоборот, пропускаются колебания с частотами выше некоторой fН и подавляются колебания ниже этой границы; полосно-пропускающие (ППФ), или полосовые, выделяющие колебания только в конечном интервале частот от fВ до fН, полосно-задерживающие (ПЗФ), иначе режекторные фильтры, обратные ППФ по своим частотным характеристикам. Конструкция электрических фильтров, технология их изготовления, а также принцип действия определяются прежде всего рабочим диапазоном частот и требуемым видом частотной характеристики. В диапазоне от единиц кгц до десятков Мгц (в отдельных случаях — до единиц Ггц) получили распространение LC-фильтры, содержащие дискретные элементы — катушки индуктивности и электрические конденсаторы; в диапазоне от долей гц до сотен кгц наиболее часто используют пассивные или активные RC-фильтры, выполненные на основе резисторов и конденсаторов (активный, кроме того, содержит усилитель электрических колебаний). Действие LC- и RC-фильтров основано на использовании зависимости сопротивления реактивного (ёмкостного и индуктивного) от частоты переменного тока. Для фильтрации сигналов, частота которых составляет доли гц, служат электротепловые фильтры (ЭТФ), конструктивно представляющие собой стержень с источником тепла и термоэлектрическим преобразователем; введение в ЭТФ усилителей с обратной связью позволяет реализовать электротепловые ФВЧ и ППФ. Известны также электромеханические фильтры, выполненные на основе дисковых, цилиндрических, пластинчатых, гантельных и камертонных резонаторов. В таких электрических фильтрах используется явление механического резонанса; применяются в диапазоне от нескольких кгц до 1 Мгц. Высокими фильтрующими свойствами обладают пьезоэлектрические ППФ и ПЗФ, материалом для изготовления которых служит пьезокварц или пьезоэлектрическая керамика. Таковы, например, пьезокварцевые фильтры на дискретных элементах — кварцевых резонаторах в сочетании с катушками индуктивности и конденсаторами; монолитные многорезонаторные пьезокварцевые фильтры. Связь между резонаторами в последних осуществляется посредством акустических волн — объёмных (для фильтров, применяемых в диапазоне частот от нескольких Мгц до десятков Мгц) либо поверхностных (в диапазоне от нескольких Мгц до 1—2 Ггц). Особую группу электрических фильтров составляют цифровые фильтры, часто выполняемые на интегральных схемах. В сверхвысоких частот технике электрических фильтрах реализуют на основе отрезков линий передачи (коаксиальных кабелей, полосковых линий, металлических радиоволноводов и др.), являющихся по существу распределёнными колебательными системами. В диапазоне 100 Мгц — 10 Ггц применяют гребенчатые, шпилечные, встречно-стержневые, ступенчатые и др. Электрические фильтры из полосковых резонаторов. В диапазоне от нескольких Ггц до нескольких десятков Ггц распространены волноводные электрические фильтры, представляющие собой волноводную секцию с повышенной критической частотой (волноводный ФВЧ), либо секцию, содержащую резонансные диафрагмы или объёмные резонаторы (волноводный ППФ).

П рактическая часть:

  1. Собрать схему исследования режекторного фильтра, изображённую на рисунке 1.

  2. В меню Анализ (Analysis) выбрать пункт AC Frequency.

Рисунок 1 – Схема для исследования двойного Т-образного моста

  1. В открывшемся диалоговом окне в списке “Nodes in circuit” выбрать число 5 и нажать на кнопку Add. Теперь измерения будут проводится в указанной точке. Далее следует установить начальную частоту FSTART (для данной схемы – 500 Гц) и конечную FSTOP (5 кГц) для задания диапазона измерения частоты и количество измерений (Number of points) – 10000. Установить также тип проекции “Линейная” (Linear).

  2. Нажать кнопку Имитировать (Simulate). Результат анализа показан на рисунке 2.

Рисунок 2 – АЧХ и ФЧХ рассмотренного фильтра

Вывод: В данной лабораторной работе снимали и анализировали амплитудно-частотною и фаза-частотную характеристику режекторного фильтра. В ходе опытов выявили, что при изменении ёмкости конденсаторов C1 и C2 в сумме должно составлять ёмкость C3, если же сумма ёмкости C1 и C2 не совпадает с ёмкостью C3, то фильтрация не осуществляется.

Цель работы: Снятие и анализ вольтамперных характеристик германиевого и кремниевого диодов. Определение их параметров по характеристикам.

Практическая часть: Полупроводниковый диод представляет собой 2х-электродный прибор, действие которого основано на использовании электрических свойств p-n перехода или контакта металл-полупроводник. К этим свойствам относятся, од­носторонняя проводимость, нелинейность ВАХ, наличие участка ВАХ, обладающею отрицательным сопротивлением, резкое воз­растание обратного тока при электрическом пробое, существование емкости p-n перехода. В зависимости, от того, какое из свойств p-n перехода ис­пользуется, Полупроводниковые диоды могут быть применены для целей выпрямления, детектирования, преоб­разования, усиления и генерирования электрических ко­лебаний, а также для стабилизации напряже­ния в пенях постоянного тока и в качестве переменных реактивных элементов

В большинстве случаев Полупроводниковый диод отличается от симметричного p-n перехода тем, что p- область диода имеет значительно большее ко­личество примесей, чем область (несиммет­ричный p-n переход), т.е. в этом случае n- об­ласть носит название базы диода. При подаче на такой переход обратного напряжения ток насыщения будет состоять почти только из потока дырок из базы в p- область и будет иметь меньшую величину, чем для симмет­ричного перехода. При подаче прямого на­пряжения прямой ток тоже почти полностью будет состоять из потока дырок из p- области в базу, и уже при небольших прямых напря­жениях будет возрастать экспоненциально. Уравнение ВАХ p-n перехода имеет вид:

Применение полупроводникового диода для тех или иных целей оп­ределяет требования, предъявляемые к его характеристикам, к величинам преобразуемых мощно­стей, токов и напряжений. Эти требования могут быть удовлетворены с помощью соот­ветствующего выбора материала, из которого из­готовляется диод, технологией изготовления p-n перехода и конструкцией диода.

В соответствии с этим полупроводниковый диод разделяются на ряд основных типовых групп. Существующая классификация подразделяет полупроводниковый диод следующим образом.

а) по назначению (выпрямительные, детек­торные, преобразовательные, стабилитроны, варикапы и др.);

б) по частотным свойствам (низкочастотные, высокочастотные, СВЧ),

в) по типу перехода (плоскостные, точеч­ные),

г) по исходному материалу (германиевые, кремниевые, арсенид-галлиевые и т.д.);

Кроме того, существует разделение ПД внутри одной группы в соответствии с электрическими параметрами.

Кроме специфических параметров, характе­ризующих данную типовую группу, сущест­вуют параметры общие для всех полупроводниковых диодов незави­симо от их специального назначения. К ним относятся: рабочий интервал температур, до­пустимое обратное напряжение, допустимый выпрямленный ток, допустимая мощность рассеивания.

Практическая часть:

  1. Собрать схему исследования диодов, изображенную на рисунке 3.

  2. Установить ток на генераторе 1 мкА (1 μA).

  3. В свойствах первого диода и на вкладке Models выбрать диод SB040, а на вкладке Label в строку Label вписать обозначение VD1.

  4. В свойствах второго диода и на вкладке Models выбрать диод 1N4153, а на вкладке Label в строку Label вписать обозначение VD2.

Рисунок 3 – Схема исследования диодов, включенных в прямом направлении.

  1. Изменяя ток генератора в соответствии с таблицей 1, записать показания вольтметра.

Таблица 1 – Данные для построения прямой ветви ВАХ диода

Прямой ток, Iпр, мА

0,02

0,05

0,1

1,0

5,0

10,0

20,0

50,0

100,0

Напряжение на диоде VD1, Uпр2, мВ

57,76

91,59

120,5

224,6

299,4

332,0

364,9

409,4

444,9

Напряжение на диоде VD2, Uпр2, мВ

553,2

577,3

595,4

655,1

696,7

714,7

732,6

756,3

774,2

  1. С обрать схему, изображённую на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схема исследования диодов, включённых в обратном направлении

  1. Снять обратные характеристики диодов, изменяя напряжение а соответствии с таблицей 2.

Таблица 2 – Данные для построения обратное ветви ВАХ диода

Обратное напряжение на диоде Uобр, В

0,1

1,0

10,0

60,0

120,0

120,1

120,2

120,3

120,4

Ток через диод VD1, Iобр1, мкА

7,266

9,112

18,11

68,11

128,1

507,3

17,83мА

360,5мА

1,375А

Ток через диод VD2, Iобр2, мкА

0,1

1

10

60

120

120,1

120,2

120,3

120,4

В

Iпр, mA

Uобр, B

Iобр, mA

120

120

АХ полученные по результатам проведения измерения:

100

Uпр, B

0,3

Рисунок 5 – ВАХ диода VD1 SB04

Iпр, mA

Uобр, B

Uпр, B

0,6

Рисунок 6 – ВАХ диода VD2 1N4153

Вывод: В данной лабораторной работе снимались показания с диодов подключенных прямом и обратном направлении , по этим данным были построены ВАХ диодов. Основываясь ВАХ можно сделать заключение что диод VD2 1N4153 является высоко мощным германиевым диодом так как пороговое напряжение у него выше по сравнению с кремниваемым диодом VD1 SB04. В теории же энергия запрещённой зоны у кремния составляет 1,12 эВ, в свою очень у германия энергия запрещённой зоны составляет 0,72 эВ.