Лабораторная работа по электронике, электротехнике, радиотехнике (Вариант 19)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 Исследование полупроводникового диода Цель работы: изучение устройства полупроводникового диода, физических процессов, происходящих в нём; исследование характеристик и параметров полупроводниковых диодов Схемы исследований На рис.1.4.а. и 1.4.б. приведены схемы для снятия вольтамперной характеристики диода. Необходимость использования двух схем для снятия прямой и обратной ветвей вольтамперной характеристики вызвана тем, что, во-первых, напряжение на диоде при прямом включении значительно меньше, чем при обратном, и, во-вторых, прямые токи значительно больше чем при обратном. Поэтому используются разные источники питания «Еп1» и «Еп2» и последовательность включения измерительных приборов для снятия прямой и обратной ветвей вольтамперной характеристики. Пределы измерения приборов следует выбирать с учетом паспортных данных диода. При исследовании прямой ветви вольт– амперной характеристики диода нужно использовать источник питания Еп1 0..10В, при исследовании обратной ветви использовать источник питания Еп2 0..25В. В качестве ограничительного сопротивления использовать резистор в 100 Ом. На рис. 1.5. приведена схема однополупериодного выпрямителя, построенного на полу-проводниковом диоде. Напряжение подается с выхода генератора гар-монических колебаний. Форму подводимого нап-ряжения , напряжения на аноде диода и на нагрузке студенты наблюдают с помощью осциллографа. Задание к работе в лаборатории 1.Изучить особенности конструктивного выполнения и паспортные данные полупроводниковых диодов различных типов, представленных для исследования. 2.Собрать схему для снятия вольтамперной характеристики диода при прямом включении (рис.1.4.а.). 3.Снять вольтамперные характеристики диодов, предложенных преподавателем, при прямом включении. Не превышать предельно допустимые токи в прямом направлении. 4.Собрать схему для снятия вольтамперной характеристики диодов при обратном включении (рис. 1.4.б.). ВНИМАНИЕ! При снятии обратной вольтамперной характеристики стабилитронов амперметр и вольтметр переключить как на рисунке 1.4.а и во избежание порчи миллиамперметра установить максимальный предел его измерения. 5.Снять вольтамперные характеристики диодов при обратном включении диода. Не превышать предельно допустимые обратные напряжения. 6.Собрать схему однополупериодного выпрямителя на основе выпрямительного диода (рис.1.5.). В качестве диода использовать выпрямительный диод. 7.Подать на вход выпрямителя с выхода генератора гармонических колебаний сигнал амплитудой (2…3)В и частотой 1кГц. Включить осциллограф и зарисовать осциллограммы при постоянной амплитуде входного сигнала: а) подводимого выпрямителю переменного напряжения ; б) напряжения на диоде ; в) напряжения на нагрузке . 8.Измерения пункта 7 повторить на частотах 100кГц и 1МГц. При этом особо обратить внимание на изменения формы сигналов на нагрузке с ростом частоты. Указания к выполнению лаб.работы. Лабораторная работа выполняется на компьютере при помощи программы NI MULTISIM, основные моменты работы с программой приведены приложении мултисим. На следующих рисунках показаны внешний вид в мультисиме схем рис.1.4 (а) и 1.5. Рисунок 1.4(б) собирается аналогично 1.4 (а), только надо поменять полярности источника питания V1, амперметра и вольтметра. Величина V1порядка 100В. Исследуете выпрямительный диод и стабилитрон. Их выбираете из библиотеки мултисима. Паспортные данные диодов берете из интернета. Модель схемы рис.1.4(а) Модель рис.1.5. В этой модели в осциллографе XSC1 наблюдаются осциллограмма напряжения на нагрузке , на входе В осциллографа — осциллограмма подводимого к выпрямителю подводимого выпрямителю переменного напряжения ; а на А входе — напряжения на диоде Указания к составлению отчета 1.Привести схемы исследования, паспортные данные исследуемых приборов и таблицы результатов измерений. Паспортные данные диода 1N3064 2.Построить вольтамперные характеристики исследуемых выпрямительных диодов, используя различный масштаб для прямого и обратного включения. Эксперимент 3. Снятие вольтамперной характеристики диода. Вычислите и запишите токи и напряжения. а). Прямая ветвь б). Обратная ветвь ВАХ. в). Построение графиков прямой и обратной ветвей ВАХ. Графики построим в программе Microsoft Excel с соблюдением масштаба. 3.Определить по графику пороговые напряжения и рассчитать прямое и обратное сопротивления диодов в заданных рабочих токах. С помощью графика определим падения напряжения. Посмотрим где график отрывается от оси абсцисс и характеристика претерпевает резкий излом. Это и будет являться Uп=0,62 В. Вычислим дифференциальное сопротивление на прямолинейном участке ВАХ при прямом включении диода по следующей формуле: Вычислим дифференциальное сопротивление на прямолинейном участке ВАХ при обратном включении диода: Это главное свойство диода 4. Построить вольтамперную характеристику исследуемого стабилитрона 1N4733A. Отметить участок стабилизации напряжения, напряжения стабилизации и дифференциальное сопротивление на участке стабилизации. Параметры из интернета: 5.Привести в масштабе осциллограммы подводимого напряжения, напряжения на диоде и на нагрузке. F=1кГц F=1кГц F=100кГц F=1МГц 6.Сделать выводы по проделанной работе: сравнить экспериментально определенные параметры с паспортными; провести анализ осциллограмм, снятых на разных частотах. Выводы: 1.Параметры диода и стабилитрона удовлетворяют паспортным. Дифференциальное сопротивление диода – это сопротивление переменному току. У линейных элементов оно постоянно и равно статическому сопротивлению элемента, у нелинейных – оно зависит от крутизны характеристики (ВАХ) и неравно статическому сопротивлению элемента. Это главное свойство диода. Сравним токи на диоде при прямом и обратном смещении по порядку величин. Различие в токах составляет тысячи раз. Прямой ток – десятки миллиампер, а обратный единицы микроампер. 2.Стабилитрон 1N4733A. Рассчитан на напряжение стабилизации 5,1 вольта – это подтвердила ВАХ стабилитрона. На рабочем участке Очень мало. Поэтому переменная составляющая тока шунтируется стабилитроном, а напряжение на нем и на нагрузке, включенной параллельно стабилитрону, остается постоянным. 3.Осциллограммы выпрямителя показали, что один диод – это однополупериодный выпрямитель: •На входе – синусоида •На нагрузке, — только положительная волна синусоиды. •На диоде, — только отрицательная волна синусоиды. На высоких частотах низкочастотный диод начинает пропускать ток и в обратном направлении. Это объясняется инерцией при восстановлении p-n перехода на таких частотах.