Направление подготовки (специальность) 09. 03. 03 Прикладная информатика Профиль Основы цифровой электроники

• Название: Направление подготовки (специальность) 09. 03. 03 Прикладная информатика Профиль Основы цифровой электроники
• Дата: 27.05.2022
• Размер: 1.71 Mb.
• Имя файла: Laboratornaya_rabota.docx
• Тип: Лабораторная работа; #552098
• страница: 2 из 5

Расчет значения эквивалентного сопротивления нагрузки Rн.экв. При расчете сопротивления Rн.экв.

сопротивление резистивного датчика R1 устанавливается в пределах от 0 до 10 кОм (переключатель SA11 должен находиться в верхнем положении). Значение сопротивления нагрузки Rн.экв. определяют по формуле:

Рис. 2.4. – Схема установки перемычек на панели стенда

Расчет динамического сопротивления стабилитрона Rд.



Где значения Uст.мах., Uст.мин., Iст.мах., Iст.мин. определяются по справочнику. Балластное сопротивление параметрического стабилизатора определяют из соотношения:



Исходные данные для выполнения расчетов В лабораторном стенде стабилитрон является составным, и состоит из двух стабилитронов Д814А, установленных последовательно.

Справочные данные стабилитрона Д814А приведены ниже

Номинальное значение стабилизации Uст, В 7,5 14

Разброс напряжения стабилизации Uст, В ±0,75

Динамическое сопротивление, Ом 6

Максимальный ток стабилизации, мА 40

Минимальный ток стабилизации, мА 3

Сопротивление резисторов лабораторной установки R19 = 1,5 кОм, R20 = 4,7 кОм; R22 = 10 кОм; R23 = 4,7 кОм;

Порядок выполнения работы. 1) Изучить принцип действия параметрического стабилизатора напряжения и электрическую схему включения стабилитрона на стенде совместно с управляемым выпрямителем и мостовой измерительной схемой без R24 в качестве нагрузки. 2) Рассчитать значение эквивалентного сопротивления нагрузки Rн.экв. для значений сопротивлений резистора R1 от 0 до 10 кОм. 3) Рассчитать Uвх.мин. с заданными Rб = R19 = 1,5кОм и Rн.min, при котором параметрический стабилизатор не выходит из режима стабилизации. Определить Uвх.min экспериментально и Uст.экспер. Напряжение Uвх измерить внешним вольтметром. 4) Снять экспериментально зависимость Uвых. = F(Uвх.) и Iст. = f(Uвх.) при Rн. = const. Определить Iст.min экспериментально. Рассчитать Uвх.min для Iст.min экспер. – сопоставить с измеренным. 5) Снять экспериментально зависимость Uвых. = F(Rн), при Uвх.мин. Для более точного построения зависимости взамен прибора PV1 можно использовать цифровой тестер.

Лабораторная работа №3

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Цель работы: исследование входных и выходных характеристик, определение статических параметров транзисторов для схем с общим эмиттером.

Основные теоретические сведения

Транзистор – полупроводниковый элемент с тремя электродами, который служит для усиления или переключения сигнала. Биполярный транзистор представляет собой трехслойную полупроводниковую структуру с чередующимся типом электропроводности слоев и содержит два р-n-перехода (рис. 3.1, а, б). В зависимости от чередования слоев существуют транзисторы типов р-n-р и n-p-n. Их условное обозначение на электронных схемах показано на рис. 3.1, а, б. В качестве исходного материала для получения трехслойной структуры используют германий и кремний



Рис. 3.1. – Структура биполярного транзистора p-n-p-типа (а), и n-p-n-типа (б)

Транзистор можно представить в виде двух противоположно включенных диодов, которые обладают одним общим n- или p-слоем. Электрод, связанный с ним называют базой Б. Два других электрода называются эмиттером Э и коллектором К (рис. 3.2). Соответственно называются и переходы эмиттерный и коллекторный.

Функция эмиттерного перехода – инжектирование носителей заряда в базу, функция коллекторного перехода – сбор носителей заряда, прошедших через базовый слой. 16

В транзисторах типа n-p-n функции всех трех слоев и их названия аналогичны, изменяется лишь тип носителей заряда, проходящих через базу: в транзисторах типа р-n-р – это дырки, в транзисторах типа n-р-n – электроны.



Рис. 3.2. – Представление (а) и условное графическое обозначение (б) биполярного транзистора n-p-n-типа и p-n-p-типа

Режимы транзистора описываются с помощью семейства его характеристик рис. 3.3.



Рис.3.3 – Входная и семейство выходных характеристик биполярного транзистора

Основная особенность транзистора состоит в том, что коллекторный ток Iк является кратным базовому току Iб. Отношение 17 их изменений  = Iк /Iб называют коэффициентом усиления по току.

Второй особенностью является тот факт, что коллекторный ток мало изменяется после достижения Uкэ определѐнного значения.

Третьей особенностью транзистора является то, что малого изменения входного напряжения оказывается достаточно для того, чтобы вызвать относительно большое изменение коллекторного тока. Изменение коллекторного тока Iк в зависимости от Uбэ характеризуется крутизной s:



mВ

Зависимость коллекторного тока от напряжения коллекторэмиттер характеризуется дифференциальным выходным сопротивлением

Зависимость тока базы от напряжения базы характеризуется дифференциальным входным сопротивлением

Кроме рассмотренных выше параметров транзистор характеризуется максимальным током коллектора Iкmax, максимальным напряжением коллектор-эмиттер Uкэmax, максимальным напряжением база-эмиттер Uбэmax, максимальным напряжением коллектор-база Uкбmax и граничной частотой fгр. 18

Порядок выполнения работы

1. 
   Соберите схему для получения семейства входных характеристик транзистора 2N2218 для схемы с общим эмиттером, приведенную на рис. 3.4.
   

Рис.3.4 – Схема для исследования входных характеристик транзистора

2. 
   Установите напряжение на коллекторе транзистора 0 В, затем, изменяя значения тока базы, запишите в таблицу 1 значения напряжений база-эмиттер Uбэ для указанных значений тока базы. Повторите измерения при напряжении на коллекторе на 10 В и заполните вторую строку таблицы.
   

3. 
   Соберите схему для получения семейства выходных характеристик транзистора 2N2218 для схемы с общим эмиттером, приведенную на рис
   
4. 
   Установите значение тока базы транзистора 0,02 мА. Изменяя напряжение на коллекторе транзистора, запишите в таблицу 2 значения тока коллектора транзистора , измеренные для указанных в таблице значений напряжений на коллекторе при соответствующих значениях тока базы . Измените ток базы на 0,05 мА, повторите измерения и т.д.
   

Таблица 3.2



Обработка результатов измерений

1. Построить на отдельных графиках семейства входных и выходных характеристик для абсолютных значений напряжений и токов транзистора в схеме с общим эмиттером (всего 2 графика). Масштабы по осям выбрать так, чтобы полученные кривые заметно различались.

2. По входным характеристикам для рабочих участков ВАХ определить параметры h11 и h12 транзистора для схемы с общим эмиттером по формулам:



Лабораторная работа №4

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ТИРИСТОРА

Цель работы: Изучение особенностей работы тиристоров в цепях постоянного и переменного тока.

Основные теоретические сведения

Тиристорами называют полупроводниковые приборы с двумя устойчивыми режимами работы (включен, выключен), имеющие три или более p-n–переходов.

Тиристор по принципу действия – прибор ключевого типа. Во включенном состоянии он подобен замкнутому ключу, а в выключенном – разомкнутому ключу. Те тиристоры, которые не имеют специальных электродов для подачи сигналов с целью изменения состояния, а имеют только два силовых электрода (анод и катод), называют неуправляемыми, или диодными, тиристорами (динисторами). Приборы с управляющими электродами называют управляемыми тиристорами, или просто тиристорами.

Тиристоры являются основными элементами в силовых устройствах электроники, которые называют также устройствами преобразовательной техники (управляемые выпрямители, инверторы и т. п.).

Существует большое количество различных тиристоров. Наиболее часто используют незапираемые тиристоры с тремя выводами, управляемые по катоду. Такие тиристоры содержат два силовых и один управляющий электрод и проводят ток только в одном направлении.

Упрощенное изображение структуры тиристора представлено на рис. 4.1, а его условное графическое обозначение – на рис. 4.2.

Обратимся к простейшей схеме с тиристором (рис. 4.3), где использованы следующие обозначения:





Рис. 4.3 – Схема управления с применением тиристора

Предположим, что напряжение питания меньше так называемого напряжения переключения и что после подключения источника питания импульс управления на тиристор не подавался. Тогда тиристор будет находиться в закрытом (выключенном) состоянии. При этом ток тиристора будет малым (ia=0) и будут выполняться соотношения

(нагрузка отключена от источника питания). Если предположить, что выполняется соотношение или что после подключения источника питания (даже при 22 выполнении условия был подан импульс управления достаточной величины, то тиристор будет находиться в открытом (включенном) состоянии. При этом для всех трѐх переходов будут выполняться соотношения т (т. е. нагрузка оказалась подключенной к источнику питания).

Существуют тиристоры, для которых напряжение Uпер больше 1 кВ, а максимально допустимый ток ia больше, чем 1 кА.

Характерной особенностью рассматриваемого незапираемого тиристора, который очень широко используется на практике, является то, что его нельзя выключить с помощью тока управления.

Для выключения тиристора на практике не него подают обратное напряжение uак0), и он будет выключенным до подачи импульса управления.

Существуют и широко используются так называемые симметричные тиристоры (симисторы, триаки). Каждый симистор подобен паре рассмотренных тиристоров, включенных встречнопараллельно (рис. 4.4). Условное графическое обозначение симистора показано на рис. 4.5



При обратном включении: минус на аноде и плюс на катоде, эмиттерные переходы закрыты, а коллекторный переход открыт. 23 Основные носители зарядов из анода и катода не смогут перейти в базу, поэтому через прибор будет протекать только маленький обратный ток, вызванный не основными носителями заряда.

При прямом включении: плюс на аноде и минус катоде, эмиттерные переходы будут открыты, а коллекторный переход закрыт, через динистор будет протекать прямой ток, но он тоже будет небольшим. Однако при увеличении прямого напряжения до определѐнной величины происходит электрический пробой внутреннего коллекторного перехода. Сопротивление прибора резко уменьшается, прямой ток через него сильно увеличивается, а падение напряжения на нѐм значительно уменьшается. Считается, что прибор перешѐл из выключенного состояния во включѐнное.

Вольтамперная характеристика такого четырѐхслойного полупроводникового прибора показана на следующем рисунке



Тиристор имеет семейство ВАХ, каждая из которых отображает зависимость напряжения включения от тока управления.



Тиристоры различаются напряжением включения и допустимым прямым током. В цепях постоянного тока используются как элементы коммутации больших нагрузок (токов).

Для включения тиристора достаточно подать импульс тока управления, достаточного для включения на рабочем напряжении. Типовая схема запуска тиристора показана на рисунке 4.8



В цепях постоянного тока тиристор можно перевести в выключенное состояние размыканием цепи нагрузки, замыканием его анода и катода или соответствующей коммутацией управляющего электроде. Примеры управления отключением тиристора показаны на рисунке 4.9.



При использовании тиристора в цепях переменного тока его отключение происходит каждый раз при изменении полярности рабочего напряжения. Это делает возможным применение тиристоров в цепях регулировки мощности.

Тиристор можно открыть в то время, когда напряжение на его аноде положительно. После окончания полуволны переменного напряжения тиристор закроется. Действующее значение напряжения на нагрузке будет меняться в зависимости от «угла открытия» тиристора.

Используется два способа управления открытием тиристора: токовый, когда управляющий ток действует постоянно и синфазно с анодным напряжением, и фазовый, когда для включения тиристора используются управляющие импульсы, формируемые специальным устройством



При токовом управлении действующий ток нагрузки изменяется только до половины значения полного тока, так как при таком управлении «угол открытия» невозможно сделать больше чем π/2.

При фазовом управлении «угол открытия» может быть любым в диапазоне от 0 до π. В момент подачи управляющего импульса ток через тиристор изменяется скачком и далее течет в соответствии с приложенным напряжением. Переданная мощность пропорциональна площади эпюры пропускаемого тока. При увеличении «угла открытия», - смещении управляющего импульса вправо, переданная мощность уменьшается.

Фазовое управление тиристором требует построения сложных аналоговых схем формирования управляющих импульсов, синхронизированных с фазами питающего напряжения. Выходное напряжение приобретает несинусоидальную форму, что ведет к формированию высокочастотных помех.

Тиристор как регулятор мощности передаѐт в нагрузку мощность только одного из двух периодов рабочего напряжения.

Порядок выполнения работы

Задание 1:

Исследовать работу тиристора в качестве регулятора мощности.

Схема для исследования приведены на следующем рисунке:



Изменение положение движка переменного резистора R1 (величина значения процентов) выполняется нажатием клавиши 1 для увеличения и сочетанием клавиш Ctrl+1 – для уменьшения.

Порядок выполнения задания

1. Включить питание схемы исследования при положении движка переменного резистора R1 - 100 % .

2. Уменьшать сопротивление резистора R1 до состояния включения тиристора, - появления эпюры напряжения на выходе тиристора.

3. По эпюре выходного напряжения определить величину напряжения включения тиристора Uт1 и время задержки включения тиристора Тз, а по показаниям приборов ток управления на момент включения Iупр1(PA1), ток в нагрузке Iн1 (PA2) и напряжение на нагрузке Uн1(PV1).

4. Уменьшать сопротивление резистора R1 до 85% и повторить измерения согласно п.3.

5. Уменьшать сопротивление резистора R1 до 80% и повторить измерения согласно п.3.

6. Уменьшать сопротивление резистора R1 до состояния, когда Тз =0, - ток в нагрузке не изменяется: Iн = const, и по показаниям приборов определить максимальный ток управления, обеспечивающий постоянно открытое состояние тиристора Iупр.max.(PA1) и максимальный действующий ток в нагрузке Iн.max (PA2) и максимальное действующее напряжение на нагрузке Uн.max (PV1).

7. Рассчитать мощность отдаваемую тиристором в нагрузку для выполненных измерений.

8. Результаты измерений свести в таблицу 1.

9. Построить график зависимости передаваемой в нагрузку мощности от тока управления тиристора