2 Теория метода и описание установки

2.1 Анализ исходных данных и подбор компонентов и деталей

Задача состоит в разработке лабораторного стенда главной частью которого является термостат с расположенными внутрь него исследуемыми диодами. В набор диодов вошли Д7Ж, Д202 и Д226. Эти диоды были использованы в лабораторных стендах предыдущих поколений и соответствуют главному требованию – они являются плоскостными. Кроме того, они достаточно дёшевы. Термостат должен состоять из жаропрочной герметичной коробки и нагревателя. Герметичность необходима для более точного контроля температуры. Поскольку покупка отдельного термометра для стенда была признана слишком дорогостоящей, принято решение о косвенном контроле температуры. То есть не непосредственно визуально, а с помощью установления некоторого постоянного тока в нагревателе, при котором мощность, выделяемая нагревателем, будет равна мощности, рассеиваемой в окружающую среду, и замера установившейся температуры в термостате с помощью доступных на стадии разработки средств. Затем при выполнении работы достаточно выставить то значение тока в нагревателе, которому соответствует требуемая температура.

Для построения ВАХ диодов по точкам достаточно управляемого источника питания. Но питание должно идти ещё и на нагреватель, причём постоянно. Поэтому необходимо создать в стенде два регулятора напряжения независимых друг от друга: один для генератора постоянного тока, используемого для измерения статических характеристик диодов, второй для нагревателя.

Таким образом, для контроля напряжения и тока на самих диодах необходимы отдельные вольтметр (В) и амперметр (А). Также для наблюдения поведения диодов при подаче на них переменного напряжения необходимо подключать генератор звуковых частот (ГЗЧ) и осциллограф (О). Кроме того нужен переключатель между диодами. То есть в дополнение к термостату необходимо устройство коммутации и управления (УКУ). И если устройство термостата очень просто и требует всего лишь поверхностного монтажа деталей, то для УКУ необходимо делать несложную печатную плату с размещёнными на ней микросхемами регуляторов напряжения.

Итак, определившись с основными составляющими мы получили общий вид устройства. Исходя из этого строим структурную схему прибора, изображенную на рисунке 2.1.

Учитывая требования техники безопасности и небольшие потребности нашего прибора, решаем использовать в качестве стандартного блок питания примерно на 12..15В с возможностью ограничения тока в нагрузке. Такой образец был предоставлен лабораторией кафедры.

2.2 Разработка принципиальной схемы устройства.

За основу регуляторов была взята микросхема lm317t (аналог ен12), так как способна работать в диапазоне напряжений до 45В и пропускать ток до 1,5А, что позволяет использовать не только стандартный блок питания, а также служит некоторой гарантией от перегорания вследствие скачков напряжения в сети.

Напряжение на выходе стабилизатора определяется по формуле

U_вых1=1.25(1+R₂/R₁) (2.1)

U_вых2=1.25(1+R₄/R₃) (2.2)

R₅ – ограничивающий резистор.

R₆ – нагрузка при работе с генератором, также используется для определения величины тока в диоде (R₆=1кОм)

R_Н – высокомощный резистор в качестве нагревателя.

Переключатель П₁ меняет полярность постоянного напряжения.

Переключателем П₂ осуществляется выбор ГЗЧ генератора с осциллографом либо внутреннего генератора постоянного тока.

П₃ – выбирает исследуемый диод.