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




Скачать 141.29 Kb.
НазваниеИсследование диодных схем Отчет о лабораторной работе №2 по курсу «Электроника»
Дата публикации27.05.2013
Размер141.29 Kb.
ТипИсследование
litcey.ru > Информатика > Исследование
Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет – Автоматики и вычислительной техники

Направление – Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем

Кафедра – Оптимизация Систем Управления



Исследование диодных схем

Отчет о лабораторной работе №2

по курсу «Электроника»

Студент гр. 8В63 ____________ Карпова С.А.



Студент гр. 8В63 ____________ Русановская А.С.

Преподаватель ____________ Цимбалист Э.И.




Томск 2008


Цель работы:

  • овладеть методикой снятия вольт-амперных характеристик (ВАХ) нелинейных элементов;

  • освоить расчет основных параметров диодов, характеризующих их как нелинейные элементы;

  • получить практические навыки исследования схем лабораторной работы.


Программа лабораторной работы:


  1. Исследование схем однополупериодного выпрямителя:




  • Снимаем ВАХ двух диодов:

VD1 - кремниевый точечный диод,

VD3 - кремниевый стабилитрон.
Измерения производятся с помощью анализатора ВАХ двухполюсников (Two Wire Current Voltage Analyzers) и осуществляются по следующей схеме (рисунок 1):



Рисунок 1. Схема эксперимента для снятия ВАХ двухполюсников
Измерения были произведены в лабораторной работе №1.

ВАХ VD1-кремниевого точечного диода:

Полученный результат показан на рисунке 2 и занесен в таблицу № 1 – ВАХ VD1.
Таблица 1


Напряжение, В

Ток, мА

0,000

0,007

0,209

0,008

0,328

0,012

0,386

0,025

0,446

0,072

0,500

0,224

0,532

0,444

0,559

0,797

0,588

1,444

0,617

2,514

0,643

3,944

0,662

5,356

0,680

6,900

0,696

8,547

0,709

10,083


Рисунок 2. ВАХ VD1 - кремниевого точечного диода


ВАХ VD3- кремниевого стабилитрона:

Полученный результат показан на рисунке 3 и занесен в таблицу № 2 – ВАХ VD3.
Таблица 2


Напряжение, В

Ток, мА

-5,587

-8,467

-5,538

-0,642

-5,510

-0,223

-5,484

-0,146

-5,408

-0,067

-5,125

-0,010

-4,879

-0,000

-4,531

0,005

-3,984

0,007

0,398

0,007

0,547

0,012

0,644

0,079

0,688

0,285

0,735

1,183

0,778

3,833

0,804

6,638

0,825

9,745

0,828

10,182




Рисунок 3. ВАХ VD3 – кремниевого стабилитрона


  • Собираем схему однополупериодного выпрямителя, работающего на активную нагрузку (Рисунок 4). В качестве источника переменного напряжения будем использовать генератор FGEN.


Устанавливаем на генераторе:

1) Амплитуда гармонического сигнала Е = Uвх = 2,5 В.

2) Частоту f = 1 кГц.



Рисунок 4. Однофазный выпрямитель, работающий на активную нагрузку.


  • Наблюдаем временную диаграмму выходного напряжения(CHA+) и тока диода (CHB+) выпрямителя (рисунок 5, таблица № 3 – Временная диаграмма Uвых и Iдиод).



Таблица 3


Y[0]

Y[1]

-2,378394E+0

-3,657952E-4

-1,107737E+0

-8,938532E-5

-9,844377E-1

-2,275903E-4

-5,931323E-1

-5,403056E-5

-3,816247E-1

-4,760243E-5

-1,886279E-1

-1,546174E-5

-8,174733E-2

-6,367277E-5

-2,685835E-2

7,036740E-6

-6,210905E-4

-3,796022E-5

2,191398E-2

-3,474615E-5

7,937840E-2

1,346488E-5

1,049718E-1

1,667895E-5

5,020720E-1

1,887267E-3

9,131764E-1

8,855369E-3

1,010238E+0

1,062311E-2

2,202669E+0

3,537470E-2

1,178608E+0

1,335185E-2





Рисунок 5. Временные диаграммы выходного напряжения(CHA+) и тока диода (CHB+) выпрямителя.

В реальных схемах выпрямителей резистор R2 отсутствует. В приведенной схеме он поставлен, чтобы наблюдать на осциллографе ток диода (используем вход CHB+). Выходное напряжение (на нагрузке) просматриваем, используя CHA+.
Экспериментальные данные заносим в таблицу № 4 – Выходное напряжение и ток диода:
Таблица 4

Uвх = E, В

Uвых, В

UR2, В

Iдиод = UR2 / R2, мкА

2,5

4,739

37,95

807




  • Определяем период входного напряжения.


Имеется два способа определения периода.

  1. Теоретически:


T = 1 / f = 1/ 10³ = 1мс.

  1. Экспериментально:

Один период (Т) занимает 10 клеток диаграммы.

Одна клетка 100мкс
Т = 10*100*10-6 = 10-3 = 1мс.


  • Определяем угол отсечки тока .


Составляем пропорцию:
495 мкс – 180 о

458 мкс – 
 = 83.7804888


  • Повысим частоту гармонического напряжения с генератора (Рисунок 6, таблица № 5 - Временная диаграмма Uвых и Iдиод при повышенной частоте ).



Таблица 5


Y[0]

Y[1]

-2,379843E+0

-3,690093E-4

-1,978396E+0

-2,822294E-4

-1,032888E+0

-1,022416E-4

-9,384018E-1

-5,724463E-5

-5,543398E-1

-2,510395E-5

-1,660929E-1

-1,867581E-5

-6,484603E-2

1,025081E-5

3,028415E-2

-2,605465E-6

1,270240E-1

6,167591E-5

5,157540E-1

2,446515E-3

9,812646E-1

1,059740E-2

1,069473E+0

1,225907E-2

2,012730E+0

3,098105E-2

2,203957E+0

3,564789E-2

2,102710E+0

3,414371E-2

1,965406E+0

2,894011E-2

1,576997E+0

2,051281E-2

1,075590E+0

1,092202E-2



Рисунок 6. Временная диаграмма выходного напряжения(CHA+) и тока диода (CHB+) выпрямителя при повышенной частоте.



  • Соберем схему однополупериодного выпрямителя, работающего на активно-емкостную нагрузку (Рисунок 7), частота генератора f = 1 кГц.




Рисунок 7. Однофазный выпрямитель, работающий на активно-емкостную нагрузку


  • Наблюдаем временную диаграмму выходного напряжения(CHA+) и тока диода (CHB+) выпрямителя (рисунок 8, таблица № 6 – Временная диаграмма Uвых и Iдиод).


Таблица 6


Y[0]

Y[1]

2,593810E-2

-1,577245E-4

1,016355E-2

-1,294128E-5

9,680655E-3

-7,728937E-5

7,910042E-3

-4,511533E-5

5,978465E-3

1,923276E-5

3,885923E-3

-2,902830E-5

2,920134E-3

3,145742E-6

3,081099E-3

1,479289E-4

4,207853E-3

1,080976E-3

5,817500E-3

1,531413E-3

8,553901E-3

2,512721E-3

1,177320E-2

3,896205E-3

2,320170E-2

7,483611E-3

3,221572E-2

9,510576E-3

4,219554E-2

1,118363E-2

5,394597E-2

1,313016E-2

6,666219E-2

1,493190E-2

8,147094E-2

1,721626E-2

9,756742E-2

1,884105E-2

1,151126E-1

1,998323E-2




Рисунок 8. Временные диаграммы выходного напряжения(CHA+) и тока диода (CHB+) выпрямителя, работающего на активно-емкостную нагрузку.

Диод открывается только на положительной полуволне напряжения с генератора, когда сравняются входное и выходное напряжения. Напряжение на нагрузке, а значит и ток через нее, при фиксированных параметрах элементов схемы пульсируют около среднего значения тем меньше, чем меньше время, в течение которого емкость разряжается на нагрузку, т. е. выше частота генератора. С другой стороны при фиксированной частоте генератора пульсации уменьшаются при увеличении емкости фильтра.
Инерционные свойства диода, ухудшающие его вентильные свойства, приведут к искажениям преобразовательной характеристики выпрямителя с повышением частоты.

Рисунок 9. Временные диаграммы выходного напряжения(CHA+) и тока диода (CHB+) выпрямителя, работающего на активно - емкостную нагрузку при повышенной частоте генератора.




Рисунок 10. Временные диаграммы выходного напряжения(CHA+) и тока диода (CHB+) выпрямителя, работающего на активно - емкостную нагрузку при повышенной емкости.


  • Установим f = 10 кГц и снимем зависимость Uвых= = f(Uвх), изменяя амплитуду входного напряжения генератора FGEN U вхот 2,5В до 1,1в ЧЕРЕЗ 0,2в.

Значения Uвых= получаем в виде данных измерителя канала CHA+ осциллографа.
Полученные данные заносим в таблицу № 7 – Зависимость Uвых= = f(Uвх).
Таблица 7

Uвх, B

Uвых, мB

2,5

750

2,3

677

2,1

632

1,9

556

1,7

474

1,5

394

1,3

329

1,1

218



  1. ^ Исследование работы схемы последовательного ограничителя




  • Соберем схему последовательного ограничителя (Рисунок 10)



Рисунок 11. Схема последовательного диодного ограничителя.


  • Установим амплитуду гармонического сигнала Е = 6В на частоте f = 1 кГц и значение напряжения E1 источника SUPPLY+ равное 3В (используя регулируемый источник питания (Variable Power Supplies)).




  • Исследуем работу схемы последовательного ограничителя, изучив временные диаграммы сигналов на входе и выходе при различных значениях и полярности напряжения E1 (Рисунок 11 – Рисунок 14).


При положительной полярности:




Рисунок 12. Работа схемы последовательного ограничителя при E1 = 3В.
Рисунок 13. Работа схемы последовательного ограничителя при Е1 = 5В.
Экспериментальные данные занесем в таблицу № 8.
Таблица 8

E(B)

Uвх(B)

Uвых(B)

3

4,75

0,233

5

4,72

0,234



При отрицательной полярности:




Рисунок 14. Работа схемы последовательного ограничителя при Е1 = -3В.

Рисунок 15. Работа схемы последовательного ограничителя при Е1 = -5В.
Экспериментальные данные занесем в таблицу № 9.
Таблица 9

E(B)

Uвх(B)

Uвых(B)

-3

4,678

1,69

-5

4,679

1,70



  1. ^ Исследование работы схемы параметрического стабилизатора


Кремниевые стабилитроны, разработаны для стабилизации напряжения постоянного тока.


  • Соберем схему параметрического стабилизатора в режиме холостого хода (Рисунок 15).



Рисунок 16. Схема параметрического стабилизатора напряжения.
Для того чтобы осуществить стабилизацию, нужно выбрать тот участок на ВАХ элемента, на котором при значительных изменениях тока изменения напряжения были бы малы. Такими свойствами (малого дифференциального сопротивления) и обладают участки ВАХ кремниевых диодов, где при обратном включении развивается тот или иной вид пробоя p-n-перехода с током, ограниченным внешним резистором.


  • Инициируем для питания схемы параметрического стабилизатора источник VSP положительной полярности и цифровой вольтметр DMM для измерения выходного напряжения.

Измеряем коэффициент нестабильности выходного напряжения KL, считая что номинальное выходное напряжение имеет место при Е1 = 10В, а максимальное и минимальное значения фиксируются при Е1 = 12В и Е1 = 8В соответственно.

Нестабильность выходного напряжения по сети (line regulation) - процентное изменение выходного напряжения в ответ на изменение входного напряжения

,

где использованы сокращения:

o – out, hi – high, lo – low, in – input,

т.е. речь идет об изменении выходного напряжения при высоком и низком уровнях входного, отнесенного к выходному напряжению при номинальном входном;
Нестабильность выходного напряжения по нагрузке (load regulation) - процентное изменение выходного напряжения в ответ на изменение тока в нагрузке от половины до полного номинального значения

,

где - номинальное выходное напряжение на холостом ходу при номинальном ;
Находим нестабильность выходного напряжения по сети:
KL = (5,55 – 5,54) * 100 / 5,545 = 0,180
Находим нестабильность выходного напряжения по нагрузке:
KL = (5,527 – 5,537) * 100 / 5,545 = -0.180
Выводы:

В данной лабораторной работе исследуются схемы однополупериодного выпрямителя, работающего на активную или емкостную нагрузку, и схемы последовательного ограничителя. Экспериментально были подтверждены вентильные свойства выпрямительных диодов, которые широко используются в схемах выпрямителей и ограничителей напряжения.

В реальных схемах выпрямителей резистор R2 отсутствует. Он поставлен, чтобы наблюдать на осциллографе ток диода. Также экспериментально были найдены Uвых, период входного, угол отсечки тока.

Инерционные свойства диода, ухудшающие его вентильные свойства, не проявляются при повышении частоты в отсутствии емкости (Рисунок 6).

При подключении емкости с заданной частотой f = 1кГц, проявляются инерционные свойства диода. С повышением частоты инерционные свойства диода, ухудшающие его вентильные свойства, приведут к искажениям преобразовательной характеристики выпрямителя (Рисунок 9). При увеличении емкости с фиксированной частотой генератора пульсации уменьшаются (Рисунок 10)

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 при напряжении E1 = 5В, Uвых на диаграмме практически принимает линейный вид. При

E1 < 0 Uвых принимает синусоидальный вид.

Похожие:

Исследование диодных схем Отчет о лабораторной работе №2 по курсу «Электроника» iconИсследование диодных схем Отчет о лабораторной работе №2 по курсу «Электроника»
Что должно быть получено в результате его выполнения (прогнозируемый результат)?
Исследование диодных схем Отчет о лабораторной работе №2 по курсу «Электроника» iconОтчет по лабораторной работе №2 «Исследование диодных схем» по дисциплине «Электроника»
Подготовиться к лабораторной работе, т е знать и понимать процессы, происходящие в исследуемых схемах
Исследование диодных схем Отчет о лабораторной работе №2 по курсу «Электроника» iconОтчет по лабораторной работе №2 по дисциплине электроника исследование диодных схем
Что должно быть получено в результате его выполнения (прогнозируемый результат)?
Исследование диодных схем Отчет о лабораторной работе №2 по курсу «Электроника» iconОтчет по лабораторной работе №2 Исследование диодных схем
Цель работы: Получить первоначальные навыки выполнения лабораторных работ по аналоговой электронике в программно-аппаратной среде...
Исследование диодных схем Отчет о лабораторной работе №2 по курсу «Электроника» iconОтчет по лабораторной работе №2 Исследование диодных схем
Цель работы: Получить первоначальные навыки выполнения лабораторных работ по аналоговой электронике в программно-аппаратной среде...
Исследование диодных схем Отчет о лабораторной работе №2 по курсу «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...
Исследование диодных схем Отчет о лабораторной работе №2 по курсу «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...
Исследование диодных схем Отчет о лабораторной работе №2 по курсу «Электроника» iconИсследование усилительного каскада оэ отчет о лабораторной работе №4 по курсу «Электроника»
Цель работы: овладение методикой исследования частотных свойств усилительного каскада в программно-аппаратной среде ni elvis
Исследование диодных схем Отчет о лабораторной работе №2 по курсу «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...
Исследование диодных схем Отчет о лабораторной работе №2 по курсу «Электроника» iconИсследование режимов биполярного транзистора Отчет о лабораторной...
Вах) биполярного транзистора vt1, используя анализатор (Three–wire Current–Voltage Analyzers) и сохранение данных для отчета
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


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