Исследование диодов, неуправляемого выпрямителя и параметрического стабилизатора напряжения Цель работы
 Скачать 0.7 Mb.
|
|
Лабораторная работа по электронике №1 Исследование диодов, неуправляемого выпрямителя и параметрического стабилизатора напряжения Цель работы 1.Изучение характеристик и параметров диодов- выпрямительных, Шоттки, стабилитронов и светодиодов. 2. Ознакомление с применением выпрямительных диодов в неуправляемых выпрямителях, стабилитронов в параметрических стабилизаторах постоянного напряжения, светодиодов в индикаторах. Описание лабораторной установки При выполнении работы используются следующие модули: «Диоды», «Мультиметры», «Миллиамперметры», а также двухканальный осциллограф. Лицевая панель модуля представлена на рис.1. На ней приведена мнемосхема и установлены коммутирующие и регулирующие элементы. На мнемосхеме изображены: выпрямительный диод VD1, диод Шоттки VD2, светодиод VD3, стабилитрон VD4, потенциометр RP1 для измерения подаваемого напряжения, резистор  Ом, и балластный резистор  кОм. Резистор  - используется в качестве ограничивающего ток снятии характеристик и в качестве сопротивления нагрузки при исследовании выпрямителя. Переключатель SA1 предназначен для включения переменного и постоянного напряжения (положительного или отрицательного), а также выключения питания модуля. Шунт  = 10 Ом служит для осциллографирования сигнала, пропорционального току через диод.На передней панели размещены также гнёзда для осуществления внешних соединений(  ).  Рис.1Модуль «Диоды» Питание модуля осуществляется от источников сетевого переменного 220В и постоянного напряжения  В.Задание и методические указания Предварительное домашнее задание: а) изучить тему курса «Полупроводниковые диоды» и содержание данной работы, быть готовым ответить на все контрольные вопросы; б) начертить схему для снятия ВАХ выпрямительного диода на постоянном токе и схему для исследования параметрического стабилизатора; в) начертить схему для снятия ВАХ выпрямительного диода на переменном токе и схему для исследования светодиода; г) начертить схему для снятия ВАХ стабилитрона на переменном токе и схему для исследования выпрямителя; д) построить в масштабе временные диаграммы переменного синусоидального напряжения  , выпрямленного напряжения  , анодного тока  и напряжения на вентиле  . Амплитудное значение  переменного напряжения взять из таблицы вариантов. Вентиль считать идеальным;е) для идеализированной ВАХ стабилитрона построить линию нагрузки, если напряжение стабилизации стабилитрона  = 6,8 В, его дифференциальное сопротивление  на участке стабилизации равно нулю, напряжение питания  - в соответствии с таблицей вариантов.Определить ток  через балластный резистор;ж) для светодиода определить величину балластного сопротивления  , если максимально возможный ток через светодиод  = 10мА, пороговое напряжение светодиода  =2 B, напряжение питания взять из таблицы вариантов. 2. Экспериментальное исследование выпрямительного диода: а) собрать схему для исследования выпрямительного диода на постоянном токе (рис.2).  Рис.2 Схема для исследования выпрямительного диода на постоянном токе Соединить перемычкой гнёзда Х2- Х6. Для измерения анодного тока включить многопредельный миллиамперметр (модуль «Миллиамперметры») на пределе «  » ( максимальный ток 100 мА) между гнёздами Х1- Х10. Для измерения анодного напряжения между гнёздами Х3, Х4 включить мультиметр на пределе «2В», при больших напряжениях перейти на предел «20В». Переключить тумблер SA1 в положение «+»;б) снять по точкам вольтамперную характеристику выпрямительного диода на постоянном токе. Для этого потенциометром RP1 изменять напряжение на входе, фиксируя анодный ток  и анодное напряжение  на диоде VD1. ВАХ снимать сначала на прямой , а затем обратной ветви, установив переключатель SA1 на «-». При смене ветви не забыть изменить полярности миллиамперметра и вольтметра и их пределы измерения. После выполнения эксперимента перевести переключатель SA1 в положение «Выкл». Ручку потенциометра RP1 установить в положение «0» ;в) по построенной вольтамперной характеристике определить основные параметры диода: пороговое напряжение , дифференциальное сопротивление , обратный ток  , прямое падение напряжения  при максимальном анодном токе  ;г) собрать схему для исследования выпрямительного диода на переменном токе с целью получения ВАХ диода на экране осциллографа (рис.3).  Рис.3 Схема для исследования выпрямительного диода на переменном токе Вход СН2(Y) осциллографа подключить к шунту  (гнездо Х13), а корпус осциллографа « » соединить с гнездом Х12. Вход СН1(Х) осциллографа подключить к гнезду Х3. При этом переключатель развертки осциллографа должен быть переведён в положение Х/Y. Подать питание – переключатель SA1 установить в положение « ». Светящуюся точку на экране осциллографа поместить в начало координат. Вращать ручку потенциометра RP1 до положения «5». Зарисовать ВАХ диода. Определить масштабы по току и напряжению.После выполнения эксперимента перевести переключатель SA1 в положение «Выкл». Ручку потенциометра RP1 установить в положение «0»; д) определить по осциллограмме параметры диода: пороговое напряжение , дифференциальное сопротивление , обратный ток , прямое падение напряжения  при максимальном анодном токе  . Сравнить с параметрами, определёнными в п. 2в, объяснить причину различий. 3. Экспериментальное исследование однополупериодного выпрямителя на диоде: а) собрать схему выпрямителя (рис.3)- это не потребует никаких переключений на модуле. Переключатель развёртки осциллографа перевести на временную развёртку. Установить синхронизацию от сети. На экране осциллографа вы увидите осциллограммы анодного тока  и напряжение на диоде  ;б) исследовать выпрямитель, для этого установить на входе напряжение с амплитудой , указанной в таблице вариантов. Измерение напряжения производить при помощи осциллографа, подключив вход CH2 осциллографа к гнезду Х10, а корпус осциллографа « »- к гнезду Х12. Канал CH1 осциллографа рекомендуется отключить от модуля;в) снять осциллограммы напряжения на диоде (вход CH1 осциллографа подключить к гнезду Х3) и анодного тока ( вход CH2 осциллографа подключить к гнезду Х13, а корпус осциллографа « » уже соединён с гнездом Х12). Переключить осциллограф в двухканальный режим развёртки во времени. Зарисовать с экрана осциллографа временные диаграммы сигналов друг под другом. Снять осциллограмму на нагрузке . Для этого корпус осциллографа подключить к гнезду Х3, а вход канала CH2 к гнезду Х1 (не забудьте определить масштабы по току и напряжению). После выполнения эксперимента перевести переключатель SA1 в положение «Выкл». Ручку потенциометра RP1 установить в положение «0». 4. Экспериментальное исследование диода Шоттки: а) собрать схему для исследования диода Шоттки на постоянном токе (рис.4)  Рис.4 Схема для исследования диода Шоттки на постоянном токе Соединить перемычкой гнёзда Х3, Х7. Для измерения анодного тока включить многопредельный миллиамперметр (модуль «Миллиамперметры») на пределе « » (максимальный ток 100 мА) между гнёздами Х1- Х10. Для измерения анодного напряжения между гнёздами Х2- Х14 включить мультиметр на пределе «2 В», при больших напряжениях перейти на предел «20 В». Переключить тумблер SA1 в положение «+»; б) снять по точкам вольтамперную характеристику диода Шоттки на постоянном токе. Для этого потенциометром RP1 изменять напряжение на входе, фиксируя анодный ток  и анодное напряжение на диоде VD2. ВАХ снять сначала для прямой, а затем обратной ветви, установив переключатель SA1 на «-». При смене ветви не забыть изменить полярности миллиамперметра и вольтметра и их пределы измерения!После выполнения эксперимента перевести переключатель SA1 в положение «Выкл». Ручку потенциометра RP1 установить в положение «0»; в) по построенной вольтамперной характеристике определить основные параметры диода Шоттки: пороговое напряжение , дифференциальное сопротивление , обратный ток , прямое падение напряжение при максимальном токе . Сравнить с параметрами выпрямленного диода.5. Экспериментальное исследование стабилитрона: а) собрать схему для исследования стабилитрона VD4 на переменном токе (рис.5).  Рис.5 Схема для исследования стабилитрона Соединить перемычкой гнёзда Х5- Х9. Вход CH2(Y) осциллографа подключить к шунту (гнездо Х13), а корпус осциллографа « » соединить с гнездом Х12. Вход CH1(Х) осциллографа подключить к гнезду Х4. При этом переключатель развёртки осциллографа должен быть переведён в положение Х/Y. Подать питание- переключатель SA1 установить в положение « ». Светящуюся точку на экране осциллографа поместить в начало координат. Вращать ручку потенциометра RP1 до положения «5». Зарисовать ВАХ стабилитрона, определить масштабы по току и напряжению. После выполнения эксперимента перевести переключатель SA1 в положение «Выкл». Ручку потенциометра RP1 установить в положение «0»; б) по снятой ВАХ определить напряжение стабилизации  стабилитрона и дифференциальное сопротивление  на участке стабилизации. 6) Экспериментальное исследование параметрического стабилизатора: а) собрать схему параметрического стабилизатора напряжения (рис.6).  Рис.6 Схема для исследования параметрического стабилизатора Включить вольтметры измерительного модуля на вход и выход стабилизатора, соответственно между гнёздами Х10- Х11 и Х4- Х15. Подать постоянное напряжение переключателем SA1 (см. рис.6, обратите внимание на полярность). б) снять и построить зависимость выходного напряжения от напряжения источника питания  . Для этого, изменяя потенциометром напряжение питания на входе стабилизатора, замерять соответствующее ему выходное напряжение  . Сравнить его с напряжением , найденным в п.5б.Перевести переключатель SA1 в положение «Выкл». Ручку потенциометра RP1 установить в положение «0»; в) определить коэффициент стабилизации стабилизатора  и выходное сопротивление  на участке стабилизации.  ;  .7. Экспериментальное исследование светодиода а) собрать схему для исследования светодиода на постоянном токе. Соединить перемычкой гнёзда Х4- Х8 (рис.7).  Рис.7 Схема для исследования светодиода Для измерения анодного тока включить многопредельный миллиамперметр (модуль «Миллиамперметры») на пределе «  » (максимальный ток 10мА) между гнёздами Х1- Х10. Для измерения анодного напряжения между гнёздами Х5- Х15 включить вольтметр. Переключить тумблер SA1 в положение «+»;б) снять по точкам вольтамперную характеристику светодиода на постоянном токе. Для этого, вращая ручку потенциометра RP1 до положения «5», изменять напряжение на входе, фиксируя анодный ток и анодное напряжение на светодиоде VD3.Снимать только прямую ветвь ВАХ светодиода. Записать значение анодного тока , при котором становится заметным свечение. Перевести переключатель SA1 в положение «Выкл». Ручку потенциометра RP1 установить в положение «0»; Содержание отчёта Отчёт должен содержать следующие пункты: а) наименование и цель работы; б) принципиальные электрические схемы для выполнения экспериментов в соответствии с мнемосхемой, представленной на рис.1; в) результаты экспериментальных исследований и проведённым по ним расчётам, нужно поместить в соответствующие таблицы; г) экспериментально снятые и построенные характеристики; д) обработанные осциллограммы; е) выводы по работе. Контрольные вопросы Чем отличаются полупроводники р и n типа? Каковы свойства р– n перехода? Как снять по точкам ВАХ р– n перехода? Объясните вид ВАХ р– n перехода? Как снять ВАХ диода с помощью осциллографа? Поясните вид ВАХ стабилитрона. В чём отличие ВАХ выпрямительного диода, диода Шоттки, стабилитрона и светодиода? Как работает неуправляемый выпрямитель? Как и для чего строят временные диаграммы токов и напряжений в схеме выпрямителя? Как работает параметрический стабилизатор напряжения? Для чего служит балластный резистор? Как изменится напряжение на выходе стабилизатора при повышении температуры? При каком минимальном напряжении на входе стабилизатора ещё возможна стабилизация напряжения? От какого параметра зависит качество стабилизации напряжения? От чего зависит яркость свечения светодиода? Какой элемент обязателен в схеме индикатора на светодиоде? Почему? Каким образом на экране осциллографа получают изображение функциональной зависимости двух напряжений? Каким образом на экране осциллографа получается изображение периодической функции времени? |