Отчет по лабораторной работе №2 «Исследование диодных схем» по дисциплине «Электроника»




Скачать 101.93 Kb.
НазваниеОтчет по лабораторной работе №2 «Исследование диодных схем» по дисциплине «Электроника»
Дата публикации20.07.2013
Размер101.93 Kb.
ТипОтчет
litcey.ru > Бухгалтерия > Отчет


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Национальный исследовательский университет ресурсоэффективных технологий

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Электрофизический факультет

Кафедра КИСМ

Отчет по лабораторной работе №2 «Исследование диодных схем»

по дисциплине «Электроника»


Выполнил:

Студент группы 8в72,

Тартаковский Е.А.
Проверил:

Рыбин Ю.К.

Томск 2009
1 Цель работы

Овладеть методикой снятия вольтамперных характеристик (ВАХ) нелинейных элементов
^ 2 Задачи работы


  • Подготовиться к лабораторной работе, т. е. знать и понимать процессы, происходящие в исследуемых схемах;

  • Проработать разделы порядка выполнения работы, отвечая по каждому пункту на вопросы: как его реально выполнить? Что должно быть получено в результате его выполнения (прогнозируемый результат)?;

  • Ответить на контрольные вопросы методических указаний.

  • Качественно обработать полученные экспериментальные данные, подготовить и защитить отчет.


3 Ход работы

3.1. Получение ВАХ диода VD1 и стабилитрона VD3:
С помощью анализатора ВАХ двухполюсников получены ВАХ кремниевого точечного диода VD1 (рис. 2.) и кремниевого стабилитрона VD3 (рис. 3.), подключенных по схеме, изображенной на рис. 1.



Рис. 1. Схема эксперимента для снятия ВАХ двухполюсников.



Рис. 2. Вольтамперная характеристика кремниевого точечного диода VD1.


Рис. 3. Вольтамперная характеристика кремниевого стабилитрона VD3.


3.2. Исследование схемы однополупериодного выпрямителя, работающего на активную нагрузку:
С помощью осциллографа для схемы, изображенной на рис. 4, были получены временные диаграммы выходного напряжения и напряжения на резисторе R2, которое пропорционально току диода VD1 (рис. 5). Эксперимент проводился при амплитуде входного гармонического напряжения UВХ~ = 2.5 В и частоте генератора f = 1 кГц.



Рис. 4. Схема однополупериодного выпрямителя, работающего на активную нагрузку.


Рис. 5. Временные диаграммы выходного напряжения и напряжения на резисторе R2 для выпрямителя, работающего на активную нагрузку.

Из полученной диаграммы (рис. 5.) видно, что диод VD1 в схеме, изображенной на рисунке 4, открывается только на положительной полуволне входного напряжения. На положительной полуволне к диоду прикладывается прямое напряжение, диод открывается и в цепи протекает ток. С помощью резистора R2, измеряя падение напряжения на нем, по закону Ома можно найти ток диода. На отрицательной полуволне к диоду прикладывается обратное напряжение, диод закрывается, ток в цепи не протекает, следовательно, значение выходного напряжения также равно нулю.
С помощью осциллографа измерены амплитуды сигналов:

Амплитуда входного напряжения UВХ = 33.01 мВ.

Амплитуда выходного напряжения UВЫХ = 1.557 В.

Амплитуда напряжения на резисторе R2 UR2 = 33.01 мВ.
Временной интервал ненулевого тока диода ∆t = 0.4 мс.
Угол отсечки тока определяется следующий образом:

;

где:

ω – угловая частота входного напряжения,

∆t – интервал ненулевого тока диода.
Таким образом:

;

Θ = 1.257 рад = 72º;

При повышении частоты входного напряжения до 25 кГц было зафиксировано проявление диодом инерционных свойств (рис. 6).


Рис. 6. Временные диаграммы выходного напряжения и напряжения на резисторе R2 при частоте входного напряжения равной 25 кГц для выпрямителя, работающего на активную нагрузку.
На высоких частотах при переключении диода из закрытого состояния в открытое и обратно стационарное состояние устанавливается в течении некоторого времени, которое называется временем переключения и характеризует инерционные свойства диода. Инерционные свойства диода обусловлены наличием у диода собственной емкости. Наличие инерционных свойств на больших частотах приводит к искажению формы выходного сигнала, что и наблюдается на полученной диаграмме.

3.3. Исследование схемы однополупериодного выпрямителя, работающего на активно-емкостную нагрузку:
С помощью осциллографа для схемы, изображенной на рис. 7., были получены временные диаграммы выходного напряжения и напряжения на резисторе R2, которое пропорционально току диода VD1. Эксперимент проводился при амплитуде входного гармонического напряжения UВХ~ = 2.5 В и частотах генератора f = 1 кГц (рис. 8), f = 200 Гц (рис. 9) и f = 5 кГц (рис. 10).



Рис. 7. Схема однополупериодного выпрямителя, работающего на активно-емкостную нагрузку.


Рис. 8. Временные диаграммы выходного напряжения и напряжения на резисторе R2 при частоте входного напряжения равной 1 кГц для выпрямителя, работающего на активно-емкостную нагрузку.
Диод в схеме выпрямителя, работающего на активно-емкостную нагрузку, ведет себя аналогично выпрямителю, работающему на активную нагрузку, за исключением искажения выходного сигнала. Искажение сигнала происходит за счет поддерживания тока в цепи конденсатором после закрытия диода. На отрицательной полуволне входного напряжения диод закрывается, однако в конденсаторе остается заряд, который разряжается на резисторы, создавая тем самым ток в цепи и напряжение на элементах схемы. Чем выше частота входного сигнала либо емкость конденсатора, тем больший вклад вносит конденсатор в поддержание тока в цепи после закрытия диода.

Далее приведены диаграммы выходного напряжения и напряжения на резисторе R2 для частот 200 Гц и 5 кГц при той же емкости конденсатора.


Рис. 9. Временные диаграммы выходного напряжения и напряжения на резисторе R2 при частоте входного напряжения равной 200 Гц для выпрямителя, работающего на активно-емкостную нагрузку.
Как видно из диаграммы, на частоте 200 Гц конденсатор C10, емкостью 47 нФ, не вносит ощутимого вклада в поддержание тока в цепи после перехода диода в закрытое состояние. С понижением частоты период сигнала увеличивается, тогда как время, за которое конденсатор разряжается, остается таким же. Следовательно, значимость промежутка времени, в который конденсатор поддерживает ток в цепи после закрытия диода, относительно периода сигнала, – прямо пропорциональна частоте входного сигнала и величине емкости конденсатора.



Рис. 10. Временные диаграммы выходного напряжения и напряжения на резисторе R2 при частоте входного напряжения равной 5 кГц для выпрямителя, работающего на активно-емкостную нагрузку.
3.4. Получение зависимости амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного:


UВХ, В

UВЫХ, В

2.5

1.524

2.3

1.480

2.1

1.310

1.9

1.150

1.7

0.980

1.5

0.820

1.3

0.647

1.1

0.493


3.5. Исследование работы схемы последовательного ограничителя:
С помощью осциллографа для схемы, изображенной на рис. 11., были получены временные диаграммы сигналов на входе и выходе схемы, при различных значениях подпирающего напряжения E1. Эксперимент проводился при амплитуде входного гармонического напряжения UВХ~ = 2.5 В и частоте генератора f = 1 кГц. В процессе эксперимента значение E1 устанавливалось равным 1 В (рис. 12.), 2 В (рис. 13.) и 5 В (рис. 14.). Диаграммы сигналов на входе и выходе схемы приведены на соответствующих рисунках.



Рис. 11. Схема последовательного диодного ограничителя.
Изображение диода на рис. 11 не соответствует ГОСТу


Рис. 12. Диаграммы сигналов на входе и выходе схемы при значении подпирающего напряжения E1 = 1 В.
На рисунке 12 изображены диаграммы двух сигналов. Зеленый сигнал – входное напряжение, синий – выходное. Так как на диод в схеме, изображенной на рисунке 11, действует запирающее напряжение, создаваемое источником напряжения E1, то диод закрыт на всей отрицательной полуволне входного напряжения и на части положительной полуволны. Пока диод закрыт, через него протекает только обратный ток. При достижении входным напряжением на положительной полуволне величины подпирающего напряжения – диод открывается и через него начинает течь ток. Разность амплитуд входного и выходного сигнала возникает из-за падения напряжения на диоде, так как диод обладает собственным сопротивлением.


Рис. 13. Диаграммы сигналов на входе и выходе схемы при значении подпирающего напряжения E1 = 2 В.
На диод в схеме, изображенной на рисунке 11, действует запирающее напряжение E1 = 2 В. Диод закрыт на всей отрицательной полуволне входного напряжения и на большей части положительной полуволны. Различие с предыдущими диаграммами заключается в том, что величина подпирающего напряжения теперь близка к амплитудному значению входного напряжения. Диод открывается практически на пике положительной полуволны. Таким образом, изменение входного напряжения теперь мало влияет на прямой ток через диод.

Рис. 14. Диаграммы сигналов на входе и выходе схемы при значении подпирающего напряжения E1 = 5 В.
На диод в схеме, изображенной на рисунке 11, действует запирающее напряжение E1 = 5 В. В данном случае диод закрыт на обеих полуволнах входного напряжения, так как амплитудное значение входного напряжения не достигает величины запирающего.

3.5. Исследование работы схемы параметрического стабилизатора:
С помощью цифрового вольтметра для схемы параметрического стабилизатора напряжения (рис. 15.) были измерены значения выходного напряжения при различных значениях E1 (E1 = 8 В, E1 = 10 В, E1 = 12 В для минимального, номинального и максимального входного напряжения соответственно), а также при различной нагрузке. Половинная нагрузка реализуется подключением к схеме резистора R21, номиналом 10 кОм, параллельно стабилитрону. Для полной нагрузки вместо резистора R21 подключается резистор R23, номиналом 5.1 кОм.


Рис. 15. Схема параметрического стабилизатора напряжения.
С помощью полученных значений были рассчитаны коэффициенты нестабильности выходного напряжения по сети и по нагрузке по следующим расчетным формулам:

Коэффициент нестабильности выходного напряжения по сети:

,

где:

V0(hi-in) – выходное напряжение при высоком уровне входного.

V0(lo-in) – выходное напряжение при низком уровне входного.

V0(nom-in) – выходное напряжение при номинальном уровне входного.
Коэффициент нестабильности выходного напряжения по нагрузке:

,

где:

V0(full load) – выходное напряжение при полной нагрузке при номинальном входном напряжении.

V0(half load) – выходное напряжение при половинной нагрузке при номинальном входном напряжении.

V0(rated load) – номинальное выходное напряжение на холостом ходу при номинальном входном.
Полученные значения:

V0(hi-in) = 5.551 В;

V0(lo-in) = 5.541 В;

V0(nom-in) = 5.547 В;
V0(full load) = 5.539 В;

V0(half load) = 5.545 В;

V0(rated load) = 5.547 В;
Таким образом:
KLINE = (V0(hi-in) - V0(lo-in))/V0(nom-in) * 100% =

= (5.551 – 5.541)/5.547 * 100% = 0.18%;
KLOAD = (V0(half load) - V0(full load))/V0(rated load) * 100% =

= (5.545 – 5.539)/5.547 * 100% = 0.108% ~= 0.11%;
Здесь:

KLINE – нестабильность выходного напряжения по сети – процентное изменение выходного напряжения в ответ на изменение входного напряжения.

KLOAD – нестабильность выходного напряжения по нагрузке – процентное изменение выходного напряжения в ответ на изменение тока в нагрузке от половины до полного номинального значения.


Выводы по проделанной работе:
В данной лабораторной работе исследуются схемы однополупериодного выпрямителя, работающего на активную и активно-емкостную нагрузку, а также схемы последовательного ограничителя. Экспериментально были подтверждены вентильные свойства выпрямительных диодов, которые широко используются в схемах выпрямителей и ограничителей напряжения. Также экспериментально были найдены выходное напряжение, период входного, угол отсечки тока.

Инерционные свойства диода, ухудшающие его вентильные свойства, не проявляются в отсутствии емкости. При подключении емкости диод начинает проявлять инерционные свойства. На больших частотах инерционные свойства диода, ухудшающие его вентильные свойства, приводят к искажениям преобразовательной характеристики выпрямителя.

Исследуя схему последовательного ограничителя и изучив временные диаграммы сигналов на входе и выходе при различных значениях и полярности напряжения E1, можно сделать вывод о том, что выходное напряжение стремится к линейному виду при превышении значением подпирающего напряжения амплитудного значения положительной полуволны входного. В обратном случае диод остается закрытым до тех пор, пока значение входного напряжения не превысит значение подпирающего, после чего диод открывается и через него протекает ток до тех пор, пока значение входного напряжения снова не станет меньше значения подпирающего.



Похожие:

Отчет по лабораторной работе №2 «Исследование диодных схем» по дисциплине «Электроника» iconОтчет по лабораторной работе №2 по дисциплине электроника исследование диодных схем
Что должно быть получено в результате его выполнения (прогнозируемый результат)?
Отчет по лабораторной работе №2 «Исследование диодных схем» по дисциплине «Электроника» iconИсследование диодных схем Отчет о лабораторной работе №2 по курсу «Электроника»
Направление – Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем
Отчет по лабораторной работе №2 «Исследование диодных схем» по дисциплине «Электроника» iconИсследование диодных схем Отчет о лабораторной работе №2 по курсу «Электроника»
Что должно быть получено в результате его выполнения (прогнозируемый результат)?
Отчет по лабораторной работе №2 «Исследование диодных схем» по дисциплине «Электроника» iconОтчет по лабораторной работе №2 Исследование диодных схем
Цель работы: Получить первоначальные навыки выполнения лабораторных работ по аналоговой электронике в программно-аппаратной среде...
Отчет по лабораторной работе №2 «Исследование диодных схем» по дисциплине «Электроника» iconОтчет по лабораторной работе №2 Исследование диодных схем
Цель работы: Получить первоначальные навыки выполнения лабораторных работ по аналоговой электронике в программно-аппаратной среде...
Отчет по лабораторной работе №2 «Исследование диодных схем» по дисциплине «Электроника» iconОтчет по лабораторной работе №4 по дисциплине электроника исследование
Что должно быть получено в результате его выполнения (прогнозируемый результат)?
Отчет по лабораторной работе №2 «Исследование диодных схем» по дисциплине «Электроника» iconОтчет по лабораторной работе №2 «Исследование диодных схем»
Собрали схему для снятия вах диодов: vd1-кремниевого точечного диода, vd3- кремниевого стабилитрона. Полученные вах диодов приведены...
Отчет по лабораторной работе №2 «Исследование диодных схем» по дисциплине «Электроника» iconТомский политехнический университет л 3
Лабораторные работы по аналоговой электронике в программно-аппаратной среде ni elvis. Кн. Цимбалист Э. И., Силушкин С. В. Исследование...
Отчет по лабораторной работе №2 «Исследование диодных схем» по дисциплине «Электроника» iconОтчет по лабораторной работе №2 «Исследование диодных схем»
Начиная с некоторого момента, когда напряжение на точечном диоде превысит падение напряжения на нем, через диод экспоненциально потечет...
Отчет по лабораторной работе №2 «Исследование диодных схем» по дисциплине «Электроника» iconОтчет по лабораторной работе №4 по дисциплине электроника “
Что должно быть получено в результате его выполнения (прогнозируемый результат)?
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
litcey.ru
Главная страница