2. Домашнее задание

Перед выполнением работы необходимо изучить принцип действия интегрирующей и дифференцирующей R-C цепей.

Рис. 4

3. Экспериментальная часть

3.1. Задание

1. Исследовать интегрирующую R-C цепь. Определить длительность и форму импульса на выходе цепи при заданных значениях R, C и t_и. Исходные данные по вариантам приведены в таблице 1.

Таблица 1

№ варианта	C, мкФ	R, кОм	tи
1	0,01	1	0,1; 1; 10; 100 мкс
2	0,02	2	0,4; 4; 40; 400 мкс
3	10	3	300 мкс; 3; 30; 300 мс
4	1	1	10; 100; 1000 мкс; 10 мс
5	0,5	2	10; 100; 1000 мкс; 10 мс
6	0,05	1	0,5; 5; 50; 500 мкс
7	0,01	5	0,5; 5; 50; 500 мкс
8	0,01	10	1; 10; 100; 1000 мкс
9	0,01	50	5; 50; 500 мкс; 5 мс
10	0,01	100	10; 100; 1000 мкс; 10 мс

2. Исследовать дифференцирующую C-R цепь. Определить длительность и форму импульса на выходе цепи при заданных значениях R, C и t_и. Исходные данные по вариантам приведены в таблице 2.

Таблица 2

№ варианта	C, пФ	R, кОм	tи
1	100	1	0,01; 0,1; 1; 10 мкс
2	10	2	0,002; 0,02; 0,2; 2 мкс
3	1000	3	0,3; 3; 30; 300 мкс
4	1000	5	0,5; 5; 50; 500 мкс
5	1000	10	1; 10; 100 мкс; 1 мс
6	1000	50	5; 50; 500 мкс; 5 мс
7	1000	100	10; 100 мкс; 1000; 10000 мс
8	1000	1000	0,1; 1; 10; 100 мс
9	100	30	0,3; 3; 30; 30 мкс
10	10	100	0,1; 1; 10; 100 мкс

3.2. Порядок выполнения эксперимента

1. Открыть приложение Capture CIS из пакета OrCAD. Загрузить в приложение файл Lab1.opj. В открывшемся окне последовательно открыть: Design Resources  lab1.dsn  SCHEMATIC1. В папке SCHEMATIC1 содержатся две модели: RC_дифференцирующая и RC_интегрирующая.

2. Открыть модель RC_интегрирующая (рис. 5).

Рис. 5. Модель интегрирующей цепи

Источник напряжения V2 служит для создания входного импульсного напряжения, параметры которого: V1 – начальное значение напряжения (установить 0 В); V2 – конечное значение (установить 10 В); PW – длительность импульса (установить в соответствии с вариантом по таблице 1); PER – период следования входных импульсов (установить двойную ширину импульса, т.е. PER = PW*2). Сопротивление резистора R2 и емкость конденсатора C2 задать в соответствии с вариантом по таблице 1.

3. Выбрать профиль симуляции "SCHEMATIC1-1".

4. Открыть окно свойств симуляции и установить тип анализа Time Domain(Transient) (анализ переходных процессов), задать время моделирования TSTOP в пять раз большее, чем период следования входных импульсов (т.е. TSTOP = PER*5)ремя моделирования в пять раз большее чем период следования входных импульсов), а максимальный шаг расчета в сто раз меньше периода (т.е. равным PER/50).

5. Запустить симуляцию клавишей F11 или кнопкой на панели инструментов "Run PSpice".

6. Снять полученные временные зависимости входного V(in2) и выходного V(out2) напряжений в отчет.

7. Повторить пункты 3–5 для остальных значений t_и. После завершения необходимо закрыть окно модели.

8. Открыть модель RC_дифференцирующая (рис. 6).

Рис. 6. Модель дифференцирующей цепи

9. Выбрать профиль симуляции "SCHEMATIC1-2"

10. Установить параметры элементов аналогично п. 2.

11. Повторить действия пунктов 3–5.

4. Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Краткие теоретические положения об исследуемых цепях.

3. Графики, полученные в результате моделирования интегрирующей цепи.

4. Графики, полученные в результате моделирования дифференцирующей цепи.

5. Выводы.

Вопросы к защите

1. Принцип действия дифференцирующей цепи.

2. Принцип действия интегрирующей цепи.

3. Условия корректной работы дифференцирующей цепи.

4. Условия корректной работы интегрирующей цепи.

Компьютерная лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ И ПРОСТЕЙШИХ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ СХЕМ НА ИХ ОСНОВЕ

Цель работы: приобретение практических навыков в снятии характеристик полупроводниковых диодов и выпрямительных схем на их основе.

1. Теоретические сведения

Полупроводниковым диодом называют прибор, состоящий из одного р-n-перехода. Переходный слой между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электропроводность p-типа, а другая n-типа, называется р-n-переходом. Так как кон­центрация электронов в n-области больше, чем в р-области, электроны диффундируют из n-области в р-область. Аналогичным образом дырки диффундируют из р-области в n-область. По мере диффузии пограничный слой р-области обедняется дырками и в нем возникает отрицательный объемный заряд за счет иони­зированных атомов акцепторной примеси. Пограничный слой n-области обедняется электронами и в нем возникает положи­тельный объемный заряд за счет ионизированных атомов доно­ров. Область р-n-перехода, имеющая пониженную концентрацию основных носителей, называется запирающим слоем. За счет по­ложительного объемного заряда в пограничном слое n-области электрический потенциал этой области становится выше, чем по­тенциал р-области.

Между п- и р-областями возникает разность потенциалов, ко­торая называется контактной. Поскольку электрическое поле р-n-перехода препятствует диффузии основных носителей в со­седнюю область, то считают, что между р- и n-областями уста­новился потенциальный барьер.

При прямом включении р-n-перехода, когда «+» источника питания подается на область р, а «» – на область п, потенци­альный барьер уменьшается. Вследствие этого диффузия основных носителей через р-n-переход значительно облегчается и во внешней цепи возникает ток. При обратном включении р-n-перехода, когда «+» источника подается на область п, а «» – на область р, потенциальный барьер возрастает. В этом случае переход основных носителей из одной области в другую затрудняется и уменьшается ток во внешней цепи. Зависимость тока, протекающего через р-n-переход, от приложенного к нему напряжения называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Вольт-амперная характеристика р-n-перехода (полупроводникового диода) представлена на рис. 1.

Рис. 1

К основным параметрам полупроводникового диода относятся:

• дифференциальное сопротивление

;

• статическое сопротивление (сопротивление постоянному току)

.

Эти параметры можно определять непосредственно из ВАХ (рис. 1).

Выпрямитель – это устройство, предназначенное для преобразо­вания переменного напряжения в постоянное.

Схема однополупериодного однотактного выпрямителя приведена на рис. 2, временные диаграммы – на рис. 3. Подробное описание работы схемы изложено в стендовом варианте данной лабораторной работы № 2.

Рис. 2. Схема однополупериодного выпрямителя

Наличие реактивного элемента или источника электродвижущей силы (ЭДС)на стороне постоянного тока существенно изменяет режим работы выпрямителя. Электрическая схема выпрямителя с реактивной реакцией (активно-индуктивной нагрузкой) приведена на рис. 4, а временные диаграммы ее работы – на рис. 5.

Рис. 3. Временные диаграммы однополупериодного выпрямителя

Рис. 4. Однополупериодный выпрямитель с индуктивной реакцией

Рис. 5. Временные диаграммы выпрямителя с индуктивной реакцией

Подробное описание работы данной схемы, также и последующих схем изложено в стендовом варианте лабораторной работы № 2.

Схема однофазного двухтактного выпрямителя (схема Греца) приведена на рис. 6, временные диаграммы – на рис. 7. В инженерной практике ее называют чаще двухполупериодным мостовым выпрямителем [20].

Рис. 6. Схема двухполупериодного мостового выпрямителя

Рис. 7. Временные диаграммы схемы мостового выпрямителя

В работе исследуется схема Греца с активно-емкостной нагрузкой (парал-лельно нагрузочному резистору подключен конденсатор), временные диа-граммы этой схемы приведены на рис. 8, а описание работы также находится в стендовом варианте лабораторной работы.

Рис. 8. Временные диаграммы схемы Греца