Лабораторная работа №3 по элементной базе электроники. лр 3 эбэ обработка. Применение полупроводниковых диодов
 Скачать 3.17 Mb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра Электроакустики и ультразвуковой техники отчет по лабораторной работе №3 по дисциплине «Элементная база электроники» Тема: Применение полупроводниковых диодов
Санкт-Петербург 2022 Цель работы. Изучение областей применения полупроводниковых диодов. Основные теоретические положения. Диоды являются одними из самых распространенных электронных компонентов. Они присутствуют практически во всех электронных приборах, которые мы ежедневно используем – от мобильного телефона до его зарядного устройства. Нелинейная обработка аналоговых сигналов В связи с тем, что диоды относятся к элементам нелинейного типа, они применяются в детекторах, преобразователях частоты и в других устройствах, в которых предполагается нелинейная обработка аналоговых сигналов. В таких случаях диоды используют или как основные рабочие приборы – для обеспечения прохождения главного сигнала, или же в качестве косвенных элементов, например, в цепях обратной связи. Указанные выше устройства значительно отличаются между собой и используются для разных целей, но применяемые диоды в каждом из них занимают очень важное место. Выпрямители Устройства, которые используются для получения постоянного тока из переменного называются выпрямителями. В большинстве случаев они включают в себя три главных элемента – это силовой трансформатор, непосредственно выпрямитель (вентиль) и фильтр для сглаживания. Диоды применяют в качестве вентилей, так как по своим свойствам они отлично подходят для этих целей. Стабилизаторы Устройства, которые служат для реализации стабильности напряжения на выходе источников питания, называются стабилизаторами. Они бывают разных видов, но каждый из них предполагает применение диодов. Эти элементы могут использоваться либо в цепях, отвечающих за опорные напряжения, либо в цепях, которые служат для коммутации накопительной индуктивности. Ограничители Ограничители – это специальные устройства, используемые для того, чтобы ограничивать возможный диапазон колебания различных сигналов. В цепях такого типа широко применяются диоды, которые имеют прекрасные ограничительные свойства. В сложных устройствах могут использоваться и другие элементы, но большинство ограничителей базируются на самых обычных диодных узлах стандартного типа. Устройства коммутации Диоды нашли применение и в устройствах коммутации, которые используются для того, чтобы переключать токи или напряжения. Диодные мосты дают возможность размыкать или замыкать цепь, которая служит для передачи сигнала. В работе применяется некоторое управляющее напряжение, под воздействием которого и происходит замыкание или размыкание. Иногда управляющим может быть сам входной сигнал, такое бывает в самых простых устройствах. Логические цепи В логических цепях диоды применяются для того, чтобы обеспечить прохождение тока в нужном направлении (элементы «И», «ИЛИ»). Подобные цепи используются в схемах аналогового и аналогово-цифрового типа. Здесь перечислены только основные устройства, в которых применяются диоды, но существует и много других, менее распространенных. Порядок выполнения эксперимента Параметрический стабилизатор Соберите цепь параметрического стабилизатора, R=100 Ом, согласно принципиальной схеме (Рис.1) сначала не включая в неё сопротивление нагрузки.  Рисунок 1 Включите генератор напряжений и, изменяя постоянное напряжение на входе стабилизатора от 0 до максимального значения 13…14 В, снимите зависимость выходного напряжения от входного на холостом ходу (ХХ) и при различных сопротивлениях нагрузки Rн1= 33 Ом; Rн2=100 Ом; Rн3= 150 Ом. Результаты записывайте в таблицу 1. Измените схему согласно рисунку 2. Установите максимальное напряжение на входе (крайнее правое положение) и, включая различные сопротивления нагрузки, согласно таблице 2, снимите зависимость выходного напряжения стабилизатора от тока нагрузки.  Рисунок 2 Исследование характеристик диодов на переменном токе Для исследования характеристик диодов на переменном токе соберите на наборном поле цепь параллельного диодного ограничителя по минимуму согласно принципиальной схеме Рис.3. Измерительные приборы в схему не включайте, так как они могут создать дополнительные паразитные ёмкости.  Рисунок 3 Включите в цепь выпрямительный диод, подайте на вход синусоидальное напряжение частотой 1 кГц, установите ручку регулятора амплитуды примерно в среднее положение (4…6 В). R1 = 330 Ом. В данной лабораторной работе используется выпрямительный диод КД226. Первый канал осциллографа подключается в точку А, второй канал в точку В. Значения входного напряжения, частоты и номинал резистора оставьте такими же. Перерисуйте осциллограмму на Рис. 4 и укажите коэффициент отклонения и коэффициент развертки.  Рисунок 4 Для того чтобы получить схему параллельного диодного ограничителя по максимуму нужно изменить схему согласно рисунку 5. Перерисуйте полученную осциллограмму.  Рисунок 5 Поменяйте местами резистор R1 и диод D1 согласно рисунку 6, такая схема называется последовательный диодный ограничитель по максимуму. Перерисуйте полученную осциллограмму.  Рисунок 6 Для получения схемы последовательного диодного ограничителя по минимуму диод D1 необходимо подключить в прямом направлении. Перерисуйте полученную осциллограмму.  Рисунок 7 Для ограничения сигналов сверху и снизу используются двухсторонние ограничители, которые чаще всего состоят из двух односторонних ограничителей. Перерисуйте полученную осциллограмму.  Рисунок 8 Соберите схему двухстороннего ограничители параллельного типа, который представляют собой последовательно соединенные параллельные ограничители по минимуму и по максимуму. Перерисуйте полученную осциллограмму.  Рисунок 9 Обработка результатов 1) Для исследования использовалась цепь параметрического стабилизатора с различными сопротивлениями нагрузки. В цепи R = 100 Ом, Rн1 = 33 Ом, Rн2 = 100 Ом, Rн3 = 150 Ом.  Рисунок 10 – Параметрический стабилизатор для измерения выходного напряжения По данным таблицы 1 был построен график зависимости выходного напряжения от входного для различных сопротивлений нагрузки.  Рисунок 11 – График Uвых(Uвх) По графику можно увидеть, что напряжение не превосходит 5,82 В, следовательно, напряжение стабилизации 5,82 В. По данным таблицы 2 был построен график зависимости выходного напряжения от тока нагрузки.  Рисунок 12 – График Uвых(Iн) Из графика видно, что при токе 56,7 mA напряжение достигло напряжения стабилизации. Для всех последующих схем используется диод КД226, R1 = 330 Ом, на вход подается синусоидальное напряжение с частотой 1кГц. 2) Параллельный диодный ограничитель по минимуму. Цепь и её осциллограмма соответственно представлены ниже. Коэффициенты для осциллограммы: канал 1 - mU = 5 В/дел; канал 2 – mU = 5 В/дел; mt = 0.2 мс/дел.
3) Параллельный диодный ограничитель по максимуму. Цепь и её осциллограмма соответственно представлены ниже. Коэффициенты для осциллограммы: канал 1 - mU = 5 В/дел; канал 2 – mU = 5 В/дел; mt = 0.2 мс/дел.
4) Последовательный диодный ограничитель по максимуму. Цепь и её осциллограмма соответственно представлены ниже. Коэффициенты для осциллограммы: канал 1 - mU = 5 В/дел; канал 2 – mU = 5 В/дел; mt = 0.2 мс/дел.
5) Последовательный диодный ограничитель по минимуму. Цепь и её осциллограмма соответственно представлены ниже. Коэффициенты для осциллограммы: канал 1 - mU = 5 В/дел; канал 2 – mU = 5 В/дел; mt = 0.2 мс/дел.
6) Двусторонний ограничитель последовательного типа. Цепь и её осциллограмма соответственно представлены ниже. Коэффициенты для осциллограммы: канал 1 - mU = 5 В/дел; канал 2 – mU = 5 В/дел; mt = 0.2 мс/дел.
7) Двусторонний ограничитель параллельного типа. Цепь и её осциллограмма соответственно представлены ниже. Коэффициенты для осциллограммы: канал 1 - mU = 2 В/дел; канал 2 – mU = 5 В/дел; mt = 0.2 мс/дел.
Выводы. В ходе лабораторной работе были исследованы свойства стабилитрона и его использование в целях стабилизации напряжения. Из зависимости выходного напряжения от разных параметров были определены обратное напряжение и обратный ток стабилизации. Из первого и второго пунктов исследования сделаны следующие выводы: При увеличении входного напряжения – выходное напряжение также увеличивается до стабилизирующего напряжения. Напряжение стабилизации равно 5,82 В, при наличии нагрузки в цепи оно остаётся прежним. Ток стабилизации равен 56,7 мА. Из осциллограмм во втором пункте сделаны следующие выводы, отдельно по каждой из схем: При параллельном соединении диода по минимуму его выходной сигнал имеет ограничение положительной составляющей. При параллельном соединении диода по максимуму его выходной сигнал имеет ограничение только отрицательной составляющей. При последовательном соединении диода по минимуму, положительный выходной сигнал ограничен 0,7 В, а отрицательный не проходит. При последовательном соединении диода по максимуму, отрицательный выходной сигнал ограничен 0,7 В, а положительный не проходит. При двухстороннем ограничителе последовательного типа выходной сигнал имеет ограничение и положительной, и отрицательной составляющей, равное 0,7 В. При двухстороннем ограничителе параллельного типа выходной сигнал имеет перегиб в точке 0,7 В. |
