Электроника 1.2 / ЛР_2

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа новых производственных технологий Обеспечивающее подразделение: Отделение материаловедения Направление: 12.03.02 Оптотехника ООП: Оптико-электронные приборы и системы

ОТЧЕТ

ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИОДОВ И ДИОДНЫХ СХЕМ

дисциплина "Электроника 1.2"

Томск – 2023

1. 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.

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.

Ход работы:

4.1. Исследование схем однополупериодного выпрямителя:

Осуществляем запуск программного обеспечения NI ELVIS и его инициализацию.

Собираем схему (схема 1) из лабораторной работы №1 для снятия ВАХ диодов с помощью анализатора Current Voltage Analyzer для VD2 – кремниевого точечного диода.

Схема 1. Схема эксперимента для снятия ВАХ двухполюсников (резисторов и диодов)

Рисунок 1. ВАХ диода VD2

Используя табличные данные вольт-амперной характеристики VD2 (таблица 1), произведем расчет по формулам (1), (2) и построим зависимости статического и дифференциального сопротивлений диода от тока. (рис.2.)

1ст = 1 (1);

1 − 2диф = 1 − 2 (2).

Таблица 1.

График 1. Зависимость статического сопротивления диода от тока

График 2. Зависимость дифференциального сопротивления диода от тока

Соберем схему однополупериодного выпрямителя, работающего на активную нагрузку (схема 2):

Схема 2. Схема для исследования выпрямителя с активной нагрузкой (частота f = 500 Гц, амплитуда гармонического сигнала E = Uвх = 5В)

После инициализации генератора и осциллографа получаем диаграммы выходного напряжения и тока диода выпрямителя VD2 (рис. 2)

Рисунок 2. Диаграмма выходного напряжения и тока диода выпрямителя VD2

Из диаграммы (рис. 2) определяем ток на выходе диода выпрямителя:

= = 37.775 ∙ 10−3 = 0.8 ∙ 10−3(А);10 47

Рисунок 3. Временная диаграмма выходного входного и выходного напряжения для VD2

Рисунок 4. Временная диаграмма выходного входного и выходного напряжения для VD2

Из диаграмм (рис. 3 и рис. 4) найдем значение угла отсечки тока для диода VD2 методом пропорции:

Θ = 80,2°.

Далее меняем в схеме для исследования выпрямителя с активной нагрузкой (рис. 2) кремниевый диод VD2 на диод Шоттки VD3. Снова проделываем аналогичные вычисления.

Рисунок 5. Диаграмма выходного напряжения и тока диода выпрямителя VD3

Из диаграммы (рис. 5) определяем ток на выходе диода выпрямителя:

= = 46.939 ∙ 10−3 = 0.99 ∙ 10−3 (А);10 47

Рисунок 6. Временная диаграмма выходного входного и выходного напряжения для VD3

Рисунок 7. Временная диаграмма выходного входного и выходного напряжения для VD3

Из диаграмм (рис. 6 и рис. 7) найдем значение угла отсечки тока для диода VD3 методом пропорции:

Θ = 86,3°.

Следующим действием возвращаем в схему (схема 2) кремниевый диод VD2. Изменяя частоту гармонического напряжения на генераторе и, наблюдаем на повышенных частотах (десятки, сотни килогерц), проявление инерционные свойства диода VD2. (рис. 8, рис. 9, рис. 10):

Рисунок 8. Временные диаграммы выходного напряжений и тока диода VD2 на частоте 50 Гц

Рисунок 9. Временные диаграммы выходного напряжений и тока диода VD2 на частоте 500 Гц

Рисунок 10. Временные диаграммы выходного напряжений и тока диода VD2 на частоте 5 кГц

4.2. Исследование диодной цепи, работающей в режиме «малого» сигнала:

Собираем схему для исследования режима «малого» сигнала работы диодной цепи (схема

3):

Схема 3. Схема для исследования для режима «малого» сигнала

Необходимо рассчитать значение E источника VPS при условии, что необходимо обеспечить координаты рабочей точки на ВАХ диода (I = 2,5 мА, U = 0,6 В):

= + = 2.5 ∙ 10−3 ∙ (1.2 + 2.2) ∙ 103 + 0.6 = 9.1(В);

Устанавливаем получившееся значение Е=9,1 В.

Рисунок 11. Синхронизированный входной и выходной сигнал

Рассчитаем выходной ток из получившейся схемы:

5,4пр = 2,2 ∙ 103 = 2,45 (мА);

Выходной ток теоретический и практический совпадают (I = 2,5 мА, Iпр = 2,45 мА), следовательно значение источника E рассчитано правильно. После синхронизации входного и выходного сигнала амплитуда равна приблизительно 18 мА.

4.3. Исследование работы схемы последовательного ограничителя:

Собираем схему последовательного ограничителя, изображенную на схеме 4:

Схема 4. Схема последовательного диодного ограничителя

Инициируем генератор, регулируемый источник питания VPS и осциллограф. Установим амплитуду гармонического сигнала Е ~ 2,5 В на частоте f = 500 Гц и значение напряжения источника VPS E = 1 В.