схемотехника лабораторная
.docБГУИР
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:
-
Собрать схему исследования режекторного фильтра, изображённую на рисунке 1.
-
В меню Анализ (Analysis) выбрать пункт AC Frequency.
Рисунок 1 – Схема для исследования двойного Т-образного моста
-
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).
-
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:
-
Собрать схему исследования диодов, изображенную на рисунке 3.
-
Установить ток на генераторе 1 мкА (1 μA).
-
В свойствах первого диода и на вкладке Models выбрать диод SB040, а на вкладке Label в строку Label вписать обозначение VD1.
-
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.
-
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 |
-
С обрать схему, изображённую на рисунке 4.
Рисунок 4 – Схема исследования диодов, включённых в обратном направлении
-
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
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.