litceymos.ru 1




Лабораторная работа № 1


Исследование схем на диодах


Цель работы: Экспериментальное исследование схем на диодах.

Время выполнения: 2 ч.

Оборудование: лабораторный стенд, диод, резисторы: 270 Ом, 22 кОм,

9.1 кОм, 1 кОм, делитель напряжения, конденсаторы 0,1 мкФ и 1 мкФ.


  1. Теоретические сведения

Полупроводниковый диод – полупроводниковый прибор с одним электрическим p-n – переходом и двумя выводами. Условное графическое изображение (УГО) диода показано на рис.1.1.




Выводы диода называются анодом А и катодом К. Иногда соответствующие выводы называют положительным "+" и отрицательным "-". Диод пропускает ток в одном направлении. Если приложено напряжение UAK > 0, то диод открыт и работает в прямом направлении. При отрицательном напряжении UAK < 0 диод заперт. На рис. 1.2 показаны схемы включения диода при прямом и обратном включении.




Прямой ток всегда больше обратного на несколько порядков. Часто при анализе схем им можно пренебречь.

Диод как нелинейный элемент описывается вольтамперной характеристикой (в.а.х.) I(UAK). На рис.1.3 показана прямая ветвь в.а.х. кремниевого диода, полученная в системе моделирования MicroCAP. Прямой ток резко возрастает при достижении некоторого малого положительного напряжения UAK. Однако он не должен превышать некоторого определенного максимального значения Iмакс, так как иначе произойдет перегрев, и диод выйдет из строя. Приближенно ход характеристики может быть описан значениями прямого напряжения UD при токах порядка 0,1Iмакс. Для германиевых диодов UD находится в пределах от 0,2 до 0,4 В, для кремниевых – от 0,5 до 0,8 В.


При отрицательном напряжении UAK через диод протекает обратный ток Iобр. Его величина намного меньше прямого тока и в некоторых случаях им можно пренебречь при анализе схем. Обратный ток при напряжениях ‌ UАК ‌ < Uобр. макс возрастает до значений, соизмеримых с прямым током. Обычные диоды в этой области работать не могут. Максимальное обратное напряжение определяется конструкцией диода и находится в пределах 10 В – 10 кВ.

Характеристику диода можно аппроксимировать с помощью экспоненциальной функции , где IТО – теоретический обратный ток, UT = 25,5 мВ – термический потенциал, m – поправочный коэффициент, зависящий от типа диода и находится в пределах 1 - 2. Для кремниевых диодов ITO = 10 пА, для германиевых - ITO = 100 нА; mUT=30 мВ, Iмакс=100 мА.

При анализе схем часто диод в открытом состоянии представляют замкнутым идеальным ключом или идеальным источником напряжения величиной UD.В закрытом состоянии диод рассматривают как разрыв цепи (не учитывают обратный ток). Использование той или иной модели диода зависит от степени детализации анализа схемы.









  1. +15В -15В +5В Земля Расширители


    Рис.1.4. Схема разводки наборного поля
    Краткое описание лабораторного стенда



Лабораторная работа выполняется на АВК-31, оснащенным дополнительным наборным полем. На этом наборном поле собирается исследуемая схема. Схема разводки наборного поля показана на рис.1. По вертикали все гнезда наборного поля соединены между собой. На гнезда, считая слева направо, поданы напряжения +15 В, -15 В, +5 В и две "земли". Остальные гнезда (расширители) могут использоваться для соединения элементов между собой. Для исследования схем могут использоваться вольтметр, датчики тестовых напряжений АВК-31, генератор синусоидального напряжения, выход которого выведен на наборное поле блока БНО.

3. Задание и порядок проведения работы


3.1. Собрать схему однополупериодного выпрямителя, изображённую на рис.1.5. Подать на вход сигнал с генератора синусоидального напряжения. Посмотрите с помощью осциллографа входной и выходной сигналы. Нарисуйте входной и выходной сигналы. Определите параметры сигналов. Объясните полученные результаты.

3.2 Подключите параллельно сопротивлению нагрузки (22 кОм) конденсатор величиной 0.1 мкФ. Наблюдайте выходной сигнал. Нарисуйте выходной сигнал. Объясните полученный результат.

3.3. Увеличьте величину емкости, подключив конденсатор величиной 1 мкФ. Для наблюдения малых пульсаций выходного сигнала переведите осциллограф в режим измерения переменного сигнала и увеличьте усиление осциллографа. Нарисуйте выходной сигнал.


Объясните изменение сигнала на выходе во 2-м и 3-м опытах по сравнению с первым. Сделайте выводы.

3.4. Подключите в качестве нагрузки сопротивление величиной 1 кОм (вместо сопротивления 22 кОм). Наблюдайте выходной сигнал. Как влияет нагрузка на выходной сигнал? Объясните, почему происходит изменение сигнала. Сделайте выводы.

3.5. Соберите простой диодный ограничитель по схеме на рис. 1.6. Подайте на вход синусоидальный сигнал амплитудой 10В и наблюдайте выходной сигнал. Определите максимальное значение выходного сигнала.

3.6. Используйте делитель напряжения в качестве источника напряжения ограничения (рис. 1.7).

Подайте на вход сигнал генератора амплитудой 10 В, и посмотрите выходной сигнал. Определите максимальное значение выходного сигнала. Объясните работу ограничителя. Рассчитайте напряжение на выходе схемы на рис.1.7. При расчете используйте метод эквивалентного генератора. Замените делитель напряжения эквивалентным генератором, т.е. реальным источником напряжения. Сравните расчетные значения с результатами измерения. Как влияет внутреннее сопротивление источника напряжения ограничения на выходной сигнал? Сделайте выводы.



  1. . Содержание отчёта


4.1. Привести схемы проведения экспериментов.

4.2. На миллиметровке привести все осциллограммы измеряемых сигналов.

4.3. Сделать необходимые расчёты.

4.4. Объяснить полученные результаты.

4.5. Сделать выводы.


5. Контрольные вопросы


5.1. Дайте определение полупроводниковому диоду.

5.2. Нарисуйте вольтамперную характеристику диода.

5.3. Приведите различные модели диода.

5.4. Приведите основные параметры диода.

5.5. Опишите работу однополупериодного выпрямителя.

5.6. Сделайте анализ работы ограничителя напряжения.

5.7. Приведите схемы включения диодов.

5.8. Чему равно падение напряжения на диоде в открытом состоянии?