Измерения.Вольт-амперная характеристика (ВАХ) представляет собой график зависимости тока, протекающего через диод, от прикладываемого напряжения. Процесс снятия вольт-амперной характеристики полупроводникового диода разделен на две части в зависимости от полярности подаваемого на диод напряжения: 1)измерение в прямом направлении, 2) измерение в обратном направлении.
Для измерений в прямом направлении применяется принципиальная схема, изображенная на рис.4,а. Несмотря на то, что миллиамперметр показывает суммарный ток диода и вольтметра, последним можно пренебречь ввиду его малости (сопротивление вольтметра на много порядков больше сопротивления диода в прямом направлении).
1.Соберите электрическую цепь по блок-схеме на рис. 4,б. Миллиамперметр как измерительный прибор из нее исключен, так как величина тока в цепи диода задается стабилизированным источником питания ИП.
2.Установите кодовые переключатели на источнике тока Б5-48 на 8,5В и 0,01А. Дайте возможность преподавателю проверить собранную цепь.
3.Включите универсальный прибор В7-40 в сеть 220В. Нажмите кнопку U= – измерение постоянного напряжения, а также кнопку АВП – автоматический выбор предела измерения.
4.Включите источник питания Б5-48. Запишите показания вольтметра в таблицу при данном токе через диод ( 0,01A ). Увеличивая ток от 0,01 до 0,09А, каждый раз записывайте показания вольтметра.
5.Закончив данную серию измерений, выключите все приборы.
Для того чтобы снять зависимость тока диода от обратного напря-жения, используется принципиальная схема, представленная на рис.5,а. Обратный ток диода сравним по величине с током вольтметра, поэтому микроамперметр включен таким образом, что показывает только ток диода.
Соберите электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 5,б. Здесь универсальный измерительный прибор В7-40 работает в режиме амперметра постоянного тока. Вольтметра как измерительного прибора в цепи нет, так как величина напряжения на диоде задается источником питания Б5-48.
1.Установите кодовые переключатели на источнике Б5-48 в положение 0,5В и 0,01А.
2.Включите прибор В7-40 в сеть 220В. Нажмите кнопку I= – измерение силы постоянного тока и кнопку АВП.
3.Включите источник питания Б5-48 и, изменяя напряжение на его выходе от 0,5В до 8,5В через 1В, записывайте показания приборов в таблицу.
4.Выключите все приборы.
Прямой ток Iпр, мА | Прямое напряжение Uпр, В | Обратное напряжение Uобр, В | Обратный ток Iобр, мкА |
Обработка результатов. По данным таблицы постройте график зависимости тока диода от приложенного напряжения в одной системе координат (допускается применение разных масштабов для прямого и обратного тока в силу большой разницы между ними). Полученный график и есть вольт-амперная характеристика данного типа диода, построенная по экспериментальным точкам.
Дата добавления: 2015-06-12 ; просмотров: 4080 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Лабораторная работа 21 (Lr21)
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОД,
СТАБИЛИТРОН И ТИРИСТОР
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Снятие и анализ вольтамперных характеристик полупроводникового выпрямительного диода, стабилитрона и тиристора; определение их параметров по характеристикам.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ
Полупроводниковый диод содержит один р-п-переход и имеет два вывода: вывод А (анод) от р-области и К (катод) от п-области. Наиболее распространены и обширны две группы германиевых и кремниевых диодов – выпрямительные и импульсные, называемые в некоторых справочниках универсальными.
Выпрямительные диоды, в которых используется основное свойство р–п-перехода – его односторонняя электропроводность, применяют главным образом для выпрямления переменного тока в диапазоне частот от 50 Гц до 100 кГц. Импульсные диоды применяют в схемах электронных устройств, работающих в импульсных режимах.
Функционирование диода в электрической схеме определяется его вольтамперной характеристикой (ВАХ). Прямую ветвь ВАХ Iпр(Uпр) снимают с помощью схемы (рис. 21.1) при верхнем положении переключателя Q. Прямой ток через диод VD задаётся источником постоянного напряжения E1.
Ступенчато изменяя ЭДС Е1 источника Е1, измеряют (с помощью амперметра А1) прямой ток Iпр £ Iпр.max и (с помощью вольтметра V1) прямое напряжение Uпр диода для ряда значений ЭДС. Обратную ветвь ВАХ Iобр(Uобр) снимают с помощью той же схемы (рис. 21.1), установив переключатель Q в нижнее положение. Ступенчато изменяя выходное напряжение источника напряжения E2 от 0 до Uобр.max, измеряют обратный ток Iобр диода для ряда значений обратного напряжения Uобр.
Анализ типовых ВАХ диодов (рис. 21.2) показывает, что прямое напряжение Uпр на германиевом диоде почти в два раза меньше, чем на кремниевом, при одинаковых значениях прямого тока Iпр, а обратный ток Iобр кремниевого диода значительно меньше обратного тока германиевого диода при одинаковых обратных напряжениях. К тому же, германиевый диод начинает проводить ток при ничтожно малом прямом напряжении Uпр, а кремниевый – только при Uпр = 0,4…0,5 В.
Исходя из этих свойств, германиевые диоды применяют как в схемах выпрямления переменного тока, так и для обработки сигналов малой амплитуды (до 0,3 В), а кремниевые, наиболее распространённые – как в схемах выпрямления, так и в схемах устройств, в которых обратный ток недопустим или должен быть ничтожно мал. Кроме того, кремниевые диоды сохраняют работоспособность до температуры окружающей среды 125…150 °С, тогда как германиевые могут работать только до 70 °С.
Основные параметры выпрямительного диода приводятся в его техническом паспорте и сравниваются (для принятия решения его использования в схеме электронного устройства) с параметрами, определёнными по снятым характеристикам:
– прямое постоянное напряжение Uпр при определённом для каждого диода прямом постоянном токе Iпр;
– обратный ток Iобр при определённом обратном постоянном напряжении Uобр;
– максимально допустимое обратное напряжение Uобр.max. Превышение Uобр.max переводит диод в режим пробоя. Различают электрический и тепловой пробои р-п-перехода. Электрический пробой может быть лавинным или туннельным и не сопровождается разрушением р-п-перехода. Тепловой пробой, как правило, приводит к разрушению р-п-перехода и выводу диода из строя;
– максимально допустимый прямой ток Iпр.max, обычно определяемый как средний за период прямой ток в схеме однополупериодного выпрямителя.
СТАБИЛИТРОН
Стабилитрон – это сильно легированный кремниевый диод, на котором напряжение сохраняется с определённой точностью при изменении протекающего через него тока в заданном диапазоне. Стабилитроны в основном используют в параметрических стабилизаторах напряжения (рис. 21.3, а), в которых максимальное напряжение на нагрузке ограничено некоторой заданной величиной.
Рабочим участком ВАХ стабилитрона VC является участок обратной её ветви, соответствующий области обратного электрического пробоя p-n-перехода (рис. 21.3, б) и ограниченный минимальным Iст.min и максимальным Iст.max значениями тока.
При работе в этой области обратное напряжение на стабилитроне незначительно изменяется при относительно больших изменениях тока стабилитрона . Поэтому при изменении входного напряжения
изменяется в основном напряжение на балластном резисторе Rб, где входной ток (см. рис. 21.3, а).
При прямом включении стабилитрон VC может рассматриваться как обычный диод, однако в связи с повышенной концентрацией примесей напряжение Uпр » 0,3…0,4 В мало изменяется при значительных изменениях прямого тока Iпр (см. рис. 21.3, б). Прибор, в котором используется прямая ветвь в схемах стабилизации напряжения, называют стабистором.
Основными параметрами стабилитрона являются:
· – напряжение на стабилитроне;
· – динамическое сопротивление на участке стабилизации;
· – минимальный и максимальный токи стабилизации (номинальный ток от 5 мА до 5 А);
· = 0,3…0,4 %/град – температурный коэффициент напряжения на участке стабилизации, характеризующий относительное изменение напряжения стабилизации, вызванное изменением температуры на 1 °С при постоянном токе, протекающем через стабилитрон.
Примеры маркировки отечественных стабилитронов:
КС168А ; Д814В .
ТИРИСТОР
Тиристор – это полупроводниковый прибор, обладающий двумя устойчивыми состояниями: открытым и закрытым. В открытом состоянии тиристор хорошо проводит электрический ток, а в закрытом – имеет большое сопротивление. Основное назначение тиристоров – бесконтактная коммутация электрических цепей.
Тиристор имеет три вывода: анод А, катод К и управляющий электрод У (рис. 21.4, а). При отсутствии напряжения Uy на управляющем электроде и при приложении напряжения Ua к аноду оба эмиттерных перехода ЭП открыты, а коллекторный переход КП закрыт, и почти всё анодное напряжение Ua приложено к переходу КП. При увеличении напряжения Ua до значения напряжения отпирания Uот ток анода мал, а сопротивление прибора велико.
При напряжении анода Ua = Uот происходит лавинообразный пробой КП перехода, сопротивление тиристора уменьшается, и ток анода практически огранивается сопротивлением резистора Rн, т. е. Ia » Ua/Rн. Как видно из рис. 21.4, б, тиристор имеет два устойчивых состояния: участки оа и гд, наличие которых позволяет использовать прибор в качестве мощного переключающего элемента в различных схемах автоматики. Наличие же участка бв с отрицательным дифференциальным сопротивлением позволяет использовать прибор в различных схемах генераторов и модуляторов.
Чтобы выключить тиристор, нужно уменьшить анодное напряжение Ua до значения, при котором ток анода станет меньше тока удержания, т. е. Iа
M Лабораторное занятие
Снятие вольтамперной характеристики полупроводникового диода
Цель занятия: Научиться опытном путем снимать вольт-амперные характеристики полупроводниковова диода
Теоретический учебный материал
Двухэлектродный полупроводниковый элемент – диод содержит n- и p-проводящие слои (рисунок1)в n-проводящем слое в качестве свободных носителей заряда преобладают электроны, а в р-проводящем слое – дырки. Существующий между этими слоями р-n переход имеет внутренний потенциальный барьер, препятствующий соединению свободных носителей заряда. Таким образом, диод блокирован.
р- n переход |
P | N |
анод | катод |
Ход работы:
Снять вольтамперную характеристику полупроводникового диода в прямом и обратном направлениях.
Порядок выполнения эксперимента
К диоду (рисунок2)при прямой полярности приложите напряжение постоянного тока Uпр, величины которого указаны в таблице 1, измерьте с помощью мультиметра соответствующие токи Iпр и их значение занесите в таблицу. Используйте при этом схему измерения с погрешностью по току.
а) Прямая полярность | б) Обратная полярность |
Uпр, В | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,65 | 0,7 | 0,75 |
Iпр, мА |
· Измените полярность диода, переключите вольтметр для измерений с погрешностью по напряжению как показано на рис.2, б и повторите эксперимент при величинах обратных напряжений, указанных в таблице 2. Для получения напряжений больше 15В соедините два источника последовательно.
Uобр, В | 2,5 |
Iобр, мкА |
Точные измерения обратного тока (Iобр) возможны только с помощью высокочувствительного мультиметра.
1. Содержание отчета:
· Перенесите измеренные данные из таблиц на график (рисунок3)постройте вольтамперную характеристику диода.
Сделайте выводы по работе:
Ответ:________________________
Лабораторное занятие 12
Экспериментальное исследование однополупериодного выпрямителя.
Цель занятия: Опытным путем изучить свойства однополупериодного выпрямителя.
Теоретический учебный материал:
В цепи с полупроводниковом диодом (рисунок1)установившийся ток может протекать только при определенной полярности приложенного к диоду напряжения. При измерении полярности напряжения диод запирается и ток прекращается. В цепи переменного (синусоидального) напряжения ток протекает только в течение той полуволны, когда диод открыт. Полуволна другой полярности подавляется. В результате в цепи имеет место ток одного направления. Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения применяются сглаживающие фильтры. Простейшим фильтром является конденсатор, подключенный параллельно нагрузке.
При исследовании выпрямителей применяются следующие обозначения:
uвх, Uвх – мгновенное и действующее значение синусоидального входного напряжения;
ud, Ud, Udmax, Udmin –мгновенное, среднее, максимальное, минимальное значения выходного (выпрямительного) напряжения;
fn– частота пульсаций выходного напряжения;
m=fпульс/fвх – число пульсаций выпрямленного напряжения за один период напряжения питания;
kпульс=ΔUпульс/Ud=(Udmax-Udmin)/Ud-коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения.
В данной работе используется одна фаза трехфазного источника напряжений.
Ход работы:
Задание
Исследовать выпрямительное действие полупроводникового диода в составе однополупериодного выпрямителя.
Сделайте выводы по работе.
Вопрос 1: Почему максимальное значение выпрямленного напряжения
Umax не совпадает с амплитудой входного напряжения?
Ответ:_______________________
Вопрос 2: Что произойдет при изменении полярности диода в цепи
Ответ:_______________________
Вопрос 3: Каково обратное напряжение диода в схеме со сглаживающим
Ответ:_______________________
Вопрос 4: Какое действие оказывает сглаживающий конденсатор на
амплитуду пульсации напряжений?
Ответ:_______________________
Лабораторное занятие 13
Задание
Исследовать свойства мостового выпрямителя с помощью осциллографа и мультиметра.
Исследование стабилитрона
Наличие почти горизонтального участка на вольтамперной характеристике стабилитрона делает его пригодным для стабилизации постоянного напряжения на нагрузке. Для этого нагрузку включают параллельно стабилитрону и подсоединяют к источнику через балластный резистор.
Задание 1
Исследовать зависимость выходного напряжения и тока стабилитрона от входного напряжения в цепи параметрического стабилизатора напряжения.
Задание 2
Исследовать влияние тока нагрузки Iн на величину тока стабилитрона.
Триодный тиристор
Триодные тиристоры, обычно называемые просто тиристорами (рис.1), имеют четыре слоя p-n-p-n, один из которых соединен с внешним управляющим электродом (УЭ). Это позволяет приводить цепь катод (К) / анод (А) тиристора в открытое состояние напряжением управления, подаваемым между управляющим электродом и катодом.
Тиристор может быть также переведен в открытое состояние катодно-анодным напряжением. Однако этого способа, если возможно, следует избегать, чтобы не разрушить тиристор.
тиристор условное обозначение рис. 1 | Будучи отпертым, тиристор сохраняет проводящее состояние, даже когда напряжение на управляющем электроде выключается. Цепь катод/анод возвращается к запертому состоянию, когда анодный ток уменьшается ниже минимальной величины (тока удержание Iуд). |
Задание
Исследовать процессы отпирания и запирания тиристора. Снять статические вольтамперные характеристики цепи управления и анодной цепи тиристора, а также начальный участок динамической характеристики с помощью осциллографа.
Логический элемент AND (И)
ЭлементИ имеет несколько входов и один выход. Выход приобретает значение 1 только тогда, когда все входы данного логического элемента имеют значение 1. его условное обозначение показано на рис. 1а.
Задание
Исследовать свойства элемента И с тремя входами со следующим соответствием сигналов
0В ≡ сигнал 0 ≡уровень низкого потенциала,
+ 15В ≡ сигнал 1 ≡уровень высокого потенциала.
Логический элемент OR (ИЛИ)
Элемент ИЛИ, также как и элемент И, имеет несколько входов и один выход. Выход приобретает значение 1, когда хотя бы один вход данного логического элемента имеет значение 1. Его условное обозначение показано на рис. 2а.
Задание
· Исследовать свойства элемента ИЛИ с тремя входами со следующим соответствием сигналов: 0В ≡ сигнал 0≡ уровень низкого потенциала, +15В≡ сигнал 1 ≡ уровень высокого потенциала.
Логический элемент NOT (НЕ)
Логические элементы НЕ отрицают входной сигнал, т.е. они преобразуют сигналы 1 в сигналы 0 и наоборот. Они всегда имеют по одному входу и одному выходу. Используются наряду с другими элементами в цифровых инверторах и логических устройствах. Условное обозначение элемента НЕ показано на рис. 3а.
Задание
Проведя необходимые измерения, исследовать свойства элемента НЕ.
M Лабораторное занятие
Снятие вольтамперной характеристики полупроводникового диода
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-15; Просмотров: 743; Нарушение авторского права страницы