- •1.1. Основные характеристики кремниевых диодов и стабилитронов
- •1.1.1. Общая часть
- •1.1.2. Экспериментальная часть
- •1.2. Выпрямители на полупроводниковых диодах с емкостным фильтром
- •1.2.1. Общая часть
- •1.2.2. Экспериментальная часть
- •1.3. Параметрические стабилизаторы на кремниевых стабилитронах
- •1.3.1. Общая часть
- •1.3.2. Экспериментальная часть
- •1.4. Содержание отчета
- •1.5. Контрольные вопросы
- •1. Какими параметрами характеризуется кремниевый диод в открытом и закрытом состояниях?
- •2. В чем состоит отличие стабилитрона от диода?
- •7. В какой момент в однополупериодном выпрямителе (см. Рис. 1.3) диод vd1становится открытым?
- •8. Почему для выпрямителей (см. Рис. 1.3 и 1.5) время заряда конденсатора с1 много меньше времени его разряда?
- •9. Как работает двухполупериодный мостовой выпрямитель (см. Рис. 1.5)?
- •10. Какие достоинства и недостатки имеет двухполупериодный мостовой выпрямитель (см. Рис. 1.5) по сравнению с однополупериодным выпрямителем (см. Рис. 1.3)?
- •11. В чем состоит основное назначение стабилизатора постоянного напряжения?
- •12. Как подразделяются стабилизаторы постоянного напряжения?
- •13. Как работает параметрический стабилизатор напряжения (см. Рис. 1.6)?
- •14. В какую сторону будет перемещаться рабочая точка а стабилитрона vd1 в стабилизаторе (см. Рис. 1.6) при уменьшении напряжения ; при уменьшении тока нагрузки ?
- •15. К чему стремятся значения основных параметров идеального стабилизатора постоянного напряжения?
- •16. В какой элемент превратится стабилитрон vd1 в стабилизаторе (см. Рис. 1.6), если его перевернуть?
- •17. Почему в схеме (см. Рис. 1.7) рип и фг нельзя включить параллельно?
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра систем автоматизированного проектирования
отчет
по лабораторной работе №1
по дисциплине «Схемотехника»
Тема: Выпрямители и стабилизаторы на кремниевых диодах и стабилитронах
Студент гр. 8091 |
|
Гришин И.Д. |
Преподаватель |
|
Соколов Ю.М. |
Санкт-Петербург
2020
Цель работы состоит в ознакомлении с принципами построения выпрямителей и параметрических стабилизаторов, реализуемых на кремниевых диодах и стабилитронах, и в экспериментальном исследовании их основных технических характеристик с использованием учебной лабораторной станции виртуальных приборов NI ELVIS.
1.1. Основные характеристики кремниевых диодов и стабилитронов
1.1.1. Общая часть
Условное изображение полупроводникового диода приведено на рис. 1.1, а, где А – анод, К – катод, I – ток диода, U – напряжение на диоде (если полярность напряжения U приведена без скобок, диод открыт, со скобками – закрыт). Вольт-амперная характеристика идеального полупроводникового диода описывается уравнением Эберса – Молла
, (1.1)
где – обратный ток насыщения диода; – температурный потенциал.
Рис. 1.1
Уравнению (1.1) соответствует вольт-амперная характеристика 1, приведенная на рис. 1.2. Реальный диод в области нижних и средних частот можно представить в виде последовательного соединения идеального диода и резистора R, где R – омическое сопротивление объема полупроводникового кристалла. Поэтому в области больших токов реальный диод, в отличие от идеального, имеет линеаризованную характеристику 2. Кремниевый диод в открытом состоянии имеет напряжение нечувствительности 0,4…0,5 В, а напряжение открытого диода , как правило, составляет 0,6…1 В (рис. 1.2, характеристика 2); в закрытом состоянии диод практически обесточен.
Рис. 1.2
Стабилитрон является полупроводниковым диодом, работающим в режиме обратимого пробоя. Условное графическое обозначение стабилитрона приведено на рис. 1.1, б; его вольт-амперная характеристика представлена на рис. 1.2, кривая 3. В режиме обратимого пробоя (см. рис. 1.1, б – полярность напряжения U со скобками) при большом изменении тока через стабилитрон от минимального значения до максимального значения напряжение стабилизации стабилитрона практически не изменяется (рис. 1.2, характеристика 3). В прямом включении (см. рис. 1.1, б – полярность напряжения U без скобок) стабилитрон работает как открытый диод. Дифференциальное сопротивление стабилитрона , характеризующее наклон его вольт-амперной характеристики в области обратимого пробоя (рис. 1.2, точка А),
, (1.2)
как правило, не превышает нескольких десятков Ом ( и – приращение напряжения и тока в окрестности точки А).
1.1.2. Экспериментальная часть
Измерим вольт-амперную характеристику кремниевого диода с использованием цифрового мультиметра (ЦМ). Для этого на макетной плате подключим диод к токовым контактам ЦМ (анод – CURRENT HI; катод – CURRENT LO). В меню запуска инструментов NI ELVIS выберем функцию Two Wire Current-Voltage Analyzer (Двухпроводной вольт-амперный анализатор). Появится интерактивная панель управления (ИПУ), позволяющая строить вольт-амперные характеристики испытуемых устройств. Посредством данной ИПУ к диоду прикладывается пробное перестраиваемое напряжение в определенных пределах и с определенным шагом. Для кремниевого диода зададим следующие параметры: Start – –2 В; Stop – +2 В; Increment – 0,05 В.
Обратите внимание на то, что при тестировании нужно установить максимальный ток (10 мА) в обоих направлениях. Это позволяет избежать режимов работы диодов, при которых возможно их повреждение. Нажмем кнопку запуска Run. Убедимся в том, что вольт-амперная характеристика испытуемого диода аналогична приведенной на рис. 1.2. Используя курсор, определим напряжение нечувствительности диода , при котором его ток составляет 0,1 мА, и напряжение открытого диода при токе I = 5 мА, а также оценим порядок обратного тока насыщения диода .
Измерим вольт-амперную характеристику кремниевого стабилитрона в режиме обратимого пробоя. Для этого на макетной плате подключим стабилитрон к токовым контактам ЦМ (катод – CURRENT HI; анод – CURRENT LO). В меню запуска инструментов NI ELVIS выберем функцию Two Wire Current-Voltage Analyzer. Для кремниевого стабилитрона зададим следующие параметры: Start – 0 В; Stop – +6 В; Increment – 0,05 В, максимальный ток в обоих направлениях 10 мА. Убедимся в том, что вольт-амперная характеристика испытуемого стабилитрона аналогична кривой 3, приведенной на рис. 1.2, только третий квадрант стал соответствовать первому. В области протекающего через стабилитрон тока = 5 мА выбираем две соседние точки, с помощью курсора определяем для них параметры U и I и находим дифференциальное сопротивление стабилитрона (1.2) и его напряжение стабилизации .
Измерим вольт-амперную характеристику кремниевого стабилитрона в прямом включении. Убедимся в том, что в этом случае стабилитрон представляет собой открытый диод.