Работа 2.

Получение зависимости вольт-амперной характеристики диода от температуры и построение термометра на его основе

Оглавление

Введение 1

2.1 Получение ВАХ диода при различной температуре в линейном масштабе 2

2.2 Получение ВАХ диода при различной температуре в полулогарифмическом масштабе 4

2.3 Определение ТКН диода при различной температуре 6

2.4 Определение ТКН диода при различных значениях прямого тока 10

2.5 Построение термометра 12

2.6 Моделирование термометра в режиме DC Analysis 13

2.7 Моделирование термометра в режиме Transient Analysis 14

Контрольные вопросы 20

2. Получение зависимости вольт-амперной характеристики диода от температуры и построение термометра на его основе

Введение

Цель работы: получить температурную зависимость вольт-амперной характеристики (ВАХ) полупроводникового диода, построить термометр на основе регистрации изменений прямого напряжения этого диода в зависимости от температуры и исследовать параметры термометра.

Работа проводиться с помощью программы Micro-CAP 12.

Порядок выполнения работы:

1) Запустить программу Micro-Cap 12 и, выполняя рекомендации из п.п. 2.2 получить температурную зависимость ВАХ полупроводникового диода.

2) Определить ТКН диода при различной температуре.

3) По п.п. 2.6 – 2.7 собрать и провести моделирование схемы термометра.

4) Подготовить отчет о выполненной работе.

Содержание отчета: цель работы, изучаемые в работе схемы, результаты их анализа (графики), расчетные соотношения для определения величин сопротивлений и выводы (в данной работе они должны содержать информацию о возможности использовании полупроводникового диода в качестве датчика температуры, о связанных с этим требованиях к усилителю и ограничениях).

2.1 Получение вах диода при различной температуре в линейном масштабе

Принцип действия термометра основан на зависимости прямого напряжения на диоде от его температуры при фиксированном значении тока. Температурный коэффициент прямого напряжения на кремниевом диоде составляет около –2 мВ/°С, поэтому при его нагревании прямое напряжение уменьшается, а при охлаждении – увеличивается (при определенном значении тока).

Для получения ВАХ диода при разных температурах соберем схему, приведенную на рисунке 2.1. Выбираем кремниевый маломощный диод 1N3821.

Рисунок 2.1 – Схема для получения ВАХ диода при разных температурах

Построим график изменения прямого напряжения диода типа 1N3821 при изменении прямого тока в диапазоне от 10 нА до 10 мА и температуры диода от –50 до +100 °С. Для этого используем режим снятия характеристик по постоянному току (DC Analysis).

Для построения графика необходимо настроить ряд параметров DC Analysis (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Параметры настройки режима DC Analysis

В графе Variable 1 необходимо указать переменную, которая будет изменяться, в нашем случае, это ток источника, который будет принимать значения от 10 нА до 10 мА.

В графе температуры выбираем вариант List и перечисляем через запятую значения интересующих нас температур, например -50, 0, 100.

В графе X,Y Expression задаем соответственно диапазоны значений напряжения и тока диода.

При запуске анализа получаем график, представленный на рисунке 2.3. Для получения меток ветвей нужно воспользоваться пунктом меню Scale → Label Branches.

Рисунок 2.3 – ВАХ диода при разной температуре (прямое включение)