лр2 угфр. Лр2 УГФР. Лабораторная работа 2 Изучение параметров и характеристик пассивных элементов R, L, c и характеристик полупроводникового диода по дисциплине Устройства генерирования и формирования радиосигналов
 Скачать 265.18 Kb.
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Астраханский Государственный Технический Университет Кафедра Связь  Лабораторная работа №2 «Изучение параметров и характеристик пассивных элементов R, L, C и характеристик полупроводникового диода» по дисциплине «Устройства генерирования и формирования радиосигналов» Выполнили: студенты группы ДИСМБ 31/1 Евдошенко Н.Ю. Кенжибаева Л.З. Сегизбаева Б.Р. Проверила: доц. Мальцева Н.С. Астрахань 2023 Лабораторная работа №2 Изучение параметров и характеристик пассивных элементов R, L, C и характеристик полупроводникового диода Цель работы: 1. Анализ вольтамперных характеристик пассивных двухполюсников резистивного типа; 2. Анализ процессов в конденсаторе и катушке индуктивности; 3. Исследование напряжения и тока диода при прямом и обратном смещении р-n перехода; 4. Построение и исследование вольтамперной характеристики (ВАХ) для полупроводникового диода; 5. Исследование сопротивления диода при прямом и обратном смещении по вольтамперной характеристике; 6. Анализ сопротивления диода (прямое и обратное смещение) на переменном и постоянном токе; 7. Измерение напряжения изгиба вольтамперной характеристики. Ход работы Эксперимент 1. Вольт-амперные характеристики резистора. а) Снятие вольтамперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра. Соберем схему из методического пособия (рис.1). Установим номиналы сопротивлений для любых двух резисторов в 100 и 200 Ом.  Рис.1. Схема снятия ВАХ резистора. Снимем вольтамперную характеристику поочередно для каждого из сопротивлений, используя амперметр и вольтметр и подключая к этим резисторам различные источники ЭДС. Построим вольтамперные характеристики резисторов.
В  АХ для сопротивления R = 0,1 ОмВАХ для сопротивления R = 10 Ом  ВАХ для сопротивления R = 100 Ом  ВАХ для сопротивления R = 200 Ом  б) Снятие вольтамперных характеристик с помощью осциллографа. Соберем схему снятия ВАХ резистора с помощью осциллографа (рис.2). Получим те же характеристики, используя осциллограф. Характеристику первого сопротивления снимаем при запуске программы вычислений, второго - при переключении ключа Space.  Рис.2. Схема снятия ВАХ резистора с помощью осциллографа. 1. ВАХ резистора R = 100 Ом на осциллографе.  2. ВАХ резистора R = 200 Ом на осциллографе.  Эксперимент 2. Исследование процессов в катушке индуктивности. Соотношения между током и напряжением в катушке индуктивности исследуются при подаче последовательности разнополярных прямоугольных импульсов напряжения. Соберем схему для снятия параметров конденсатора (рис.3). Получим осциллограммы тока и напряжения на катушке индуктивности. Из осциллограмм определим величину индуктивности.  Рис.3. Схема для снятия параметров конденсатора  Рис.4. Осциллограммы тока и напряжения на катушке индуктивности Определим величину индуктивности: Сила тока I0=73,92 А U0=Umax/√2=40/√2=28,29 В Циклическая частота ω=2*f=6,28*42=263,76 рад/с U0=I0*L*ω → L=U0/(I0*ω)=28,29/(73,92*263,76) = 1,45 мГн Эксперимент 3. Исследование процессов в конденсаторе. Соотношения между током и напряжением в конденсаторе исследуются при подаче последовательности разнополярных прямоугольных импульсов тока. Соберем схему для снятия параметров конденсатора (рис.5). Получим осциллограммы тока и напряжения на конденсаторе. Из осциллограмм определим величину емкости конденсатора.  Рис. 5. Схема для снятия параметров конденсатора  Рис. 5. Осциллограмма напряжения на конденсаторе С помощью осциллограммы и амперметра определим величину емкости конденсатора: Сила тока I0 = 40 A Напряжение U0 = Umax/√2 = 6,955/√2 = 4,918 кB Циклическая частота  Из соотношения  получаем, что емкость конденсатора равна: Эксперимент 4. Измерение статического сопротивления диода. Измерим сопротивление диода в прямом и обратном подключении, используя мультиметр в режиме омметра.  Рис. 6. Схема для измерения сопротивления диода в прямом направлении Rd = 69,29 МОм  Рис.7. Схема для измерения сопротивления диода в обратном направлении Rd = 499,5 МОм Эксперимент 5. Измерение напряжения и вычисление тока через диод. Соберем и включим схему снятия ВАХ диода при прямом включении. Вольтметр покажет напряжение на диоде UПР при прямом смещении. UПР = 692,9 мВ  Рис.8. Схема снятия ВАХ диода при прямом включении Перевернем диод и снова запустим схему. Теперь вольтметр покажет напряжение на диоде UОБ при обратном смещении. UОБ = 4,995 В  Рис.9. Схема снятия ВАХ диода при обратном включении Вычислим ток диода при прямом IПР и обратном IОБ смещении согласно формулам IПР = (Е – UПP)/R = (5 – 0,693)/1000 = 4,307 мА IОБ = (Е - UОБ)/R = (5 – 4,995)/1000 = 5 мкА. Вычисленное значение прямого тока равно измеренному значению. Вычисленное значение обратного тока близко к измеренному значению. Эксперимент 6. Снятие вольтамперной характеристики диода. Снова откроем схему для снятия ВАХ диода (рис.1). Прямая ветвь ВАХ. Последовательно устанавливая значения ЭДС источника равными 5В, 4В, 3В, 2В, 1В, 0.5В, 0В запишем полученные значения напряжения UПР и тока IПР диода. Табл. Данные для построения прямой ветви вольтамперной характеристики диода
Обратная ветвь ВАХ. Перевернем диод. Последовательно устанавливая значения источника ЭДС равными 0В, 5В, 10В, 15В, запишем полученные значения. Табл. Данные для построения обратной ветви вольтамперной характеристики диода
По полученным данным построим графики IПР (UПР) и IОБ (UОБ).  Прямая ветвь вольтамперной характеристики диода  Обратная ветвь вольтамперной характеристики диода Вычислим сопротивление диода на постоянном токе IПР = 4 мА по формуле RСТ= UПР / IПР.= = 689 мВ/ 4мА = 172,25 Ом Определим напряжение изгиба. Напряжение изгиба определяется из вольтамперной характеристики диода, смещенного в прямом направлении, для точки, где характеристика претерпевает резкий излом. UИЗГ = 0,624 В. Вывод: в ходе данной лабораторной работы были исследованы и проанализированы вольтамперные характеристики пассивных двухполюсников резистивного типа, в результате чего выяснили, что их ВАХ являются линейными. Провели анализ процессов в конденсаторе и катушке индуктивности, сняли их параметры с помощью осциллографа и посчитали их по расчетным формулам. В результате значения близки. При исследовании диода выяснили, что в прямом направлении сопротивление мало, а в обратном велико, построили вольтамперную характеристику диода и определили напряжение изгиба. Также провели анализ сопротивления диода при прямом и обратном смещении, вычислив сопротивление диода на постоянном токе и определив напряжение изгиба. Ответы на контрольные вопросы Чем отличаются неидеальные источники энергии от идеальных? У идеального источника напряжения напряжение на зажимах не зависит от тока и равно заданной величине. У реального источника напряжения напряжение на зажимах уменьшается при увеличении тока за счет внутреннего сопротивления. К идеальной катушке индуктивности с ненулевым начальным значением тока подключается идеальный источник постоянной ЭДС. Как будет изменяться график при изменении величины начального тока?  При изменении величины начального тока у графика будет меняться амплитуда колебаний. К идеальной катушке индуктивности с нулевым начальным значением тока подключается идеальный источник синусоидальной ЭДС. Нарисуйте временные зависимости тока в индуктивности при различных начальных фазах подключения источника ЭДС.   Сравните напряжения на диоде при прямом и обратном смещении по порядку величин. Почему они различны? В прямом направлении тока напряжение маленькое, потому что сопротивление диода в прямом направлении практически нулевое, а в обратном направление сопротивление, практически бесконечное и напряжение равно напряжению источника питания (исходя из формулы U=IR). Сравнимы ли измеренные значения тока при обратном смещении с вычисленными значениями? При обратном смещении измеренные значения тока и вычисленные значения равны. Сравните токи через диод при прямом и обратном смещении по порядку величин. Почему они различны? В прямом направлении тока напряжение маленькое, потому что сопротивление диода в прямом направлении практически нулевое, а в обратном направлении сопротивление практически бесконечное и напряжение равно напряжению источника питания (исходя из формулы U=IR). В прямом направлении ток диода достигает сотни мА, а в обратном единицы мА. Что такое ток насыщения диода? При приложении к идеальному диоду обратного напряжения его ток, если это напряжение всё увеличивать и увеличивать, не увеличивается до бесконечности, а стремится к некоторой (небольшой) величине. Эта величина и называется током насыщения. Ток насыщения входит как параметр в формулу для определения прямого тока. Намного ли отличаются прямое и обратное сопротивления диода при измерении их мультиметром в режиме омметра? Можно ли по этим измерениям судить об исправности диода? Сопротивление диода в прямом направлении практически нулевое, а в обратном направлении сопротивление практически бесконечное. По этим измерениям можно судить об исправности диода. Существует ли различие между величинами сопротивления диода на переменном и постоянном токе? Величина сопротивления вследствие нелинейных свойств диода различна для постоянного и переменного тока. Сопротивление диода при постоянном токе R0, иначе называемое статическим, определяется отношением анодного напряжения к анодному току:  В разных точках характеристики диода, т. е. для разных значений тока, величина Ro различна. Это является особенностью всех нелинейных приборов. Внутреннее сопротивление диода для переменного тока Ri, называемое обычно просто внутренним сопротивлением, а иногда дифференциальным, является основным параметром. Изменение или, как говорят в математике, приращение той или иной величины обозначают символом Δ (греческая буква дельта) и поэтому формулу для определения Ri можно записать так:  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||