Электроника - лекции, лабораторные работы

Лабораторная работа по электронике
Исследование диодных схем
Трехфазные цепи синусоидального тока
Полупроводниковые приборы
Полупроводниковые выпрямители

Лабораторная работа № 1

Исследование диодных схем

1. Цель работы:

овладеть методикой снятия вольт-амперных характеристик (ВАХ) нелинейных элементов;

освоить расчет основных параметров диодов, характеризующих их как нелинейные элементы;

получить практические навыки исследования схем лабораторной работы.

2. Задачи работы:

подготовиться к лабораторной работе, т. е. знать и понимать процессы, происходящие в исследуемых схемах;

проработать разделы порядка выполнения работы, отвечая по каждому пункту на вопросы: как его реально выполнить? Что должно быть получено в результате его выполнения (прогнозируемый результат)?;

ответить на контрольные вопросы методических указаний.

качественно обработать полученные экспериментальные данные, подготовить и защитить отчет.

3. Краткие сведения для подготовки к лабораторной работе

Отличительным свойством выпрямительных диодов является их вентильное свойство, т.е. способность проводить ток при прямом включении и практически не проводить в обратном включении.

Как известно, ВАХ диода нелинейная, поэтому в любой точке ВАХ имеют место свои значения статического и дифференциального сопротивлений: , RСТ > RД, .

Вентильные свойства выпрямительных диодов широко используются в схемах выпрямителей и ограничителей напряжения. В лабораторной работе исследуются схемы однополупериодного выпрямителя, работающего на активную или емкостную нагрузку, и схемы последовательного и параллельного ограничителя.

Пусть прямое включение диода реализовано в схеме, изображенной на рисунке 1. В соответствии с алгоритмом построения нагрузочной прямой, ее уравнение имеет вид: . Тогда она расположится на ВАХ диода следующим образом (рисунок 2) и будет перемещаться параллельно самой себе при изменениях Е1. Абсцисса рабочих точек показывает значение напряжения U, падающего на диоде.

Если на рисунке 1 вместо источника напряжения постоянного тока включить источник гармонического напряжения, то напряжение UR будет повторять форму тока I(t) (рисунок 2), причем амплитуда UR в первом приближении будет отличаться от Em на значение порядка Е0 (рисунок 3), а угол отсечки Q тока I и напряжения UR будет меньше 90°.

Рисунок 2. Графические построения на ВАХ диода выпрямителя

с активной нагрузкой

Приняв в качестве модели диода схему замещения при кусочно-линейной аппроксимации ВАХ, для входного гармонического сигнала получим расчетную схему (рисунок 3).

Тогда для положительной полуволны Е~

, UR = IR » E(t) – E0 при R >> Rд.

Итак, в указанном режиме работы диода – в режиме большого сигнала, нелинейность и вентильные свойства диода проявляются в отсечке тока, когда ток в цепи практически отсутствует на отрицательной полуволне входного гармонического сигнала и на части его положительной полуволны.

Может сложиться впечатление, что в цепи с диодами форма тока и напряжения на резисторе R всегда несинусоидальная  при синусоидальном входном воздействии. Однако это не так в случае работы диода в режиме малого сигнала. Такой режим имеет место тогда, когда, например, с помощью источника напряжения постоянного тока рабочая точка выведена на линейный участок, а источник напряжения переменного тока изменяет токи и напряжения в окрестностях рабочей точки (рисунок 4). В этом случае любая нелинейность может быть линеаризована как касательная к ВАХ в рабочей точке. Форма же переменных составляющих тока и напряжений в схеме практически гармоническая, несмотря на нелинейность ВАХ и вентильные свойства диода.

Как известно, в режиме малого сигнала при низкочастотном воздействии моделью диода является его дифференциальное сопротивление в рабочей точке.

Рисунок 4. Режим «малого сигнала» выпрямительного диода

Увеличение частоты входного сигнала требует использования ВЧ моделей диода. Инерционные свойства диода, ухудшающие его вентильные свойства, целесообразно просмотреть при исследовании схем диодных выпрямителей или ограничителей, повышая частоту генератора гармонического сигнала.

Схема однофазного выпрямителя, работающего на активную нагрузку, используется редко, так как создает сильно пульсирующий ток в нагрузке. Если простота однофазной схемы заставляет отдать ей предпочтение по сравнению с многофазными, то используют схему с дополнительным конденсатором фильтра - рисунок 5.

Рисунок 5. Однофазный выпрямитель, работающий на активно-емкостную нагрузку

В реальных схемах выпрямителей резистор R2 отсутствует. В приведенной схеме он поставлен, чтобы наблюдать на осциллографе ток диода (используем вход CHB+). Выходное напряжение (на нагрузке) просматриваем, используя CHA+. Синхронизированные временные диаграммы напряжения и тока для низкочастотного входного сигнала генератора (FGEN) показаны на рисунке 6.

Рисунок 6. Временные диаграммы работы однофазного выпрямителя с активно-емкостной нагрузкой.

Как видно из рисунка, диод открывается только на положительной полуволне напряжения с генератора, когда сравняются входное и .выходное напряжения. Напряжение на нагрузке, а значит и ток через нее, при фиксированных параметрах элементов схемы пульсируют около среднего значения тем меньше, чем меньше время, в течение которого емкость разряжается на нагрузку, т. е. выше частота генератора. С другой стороны при фиксированной частоте генератора пульсации уменьшаются при увеличении емкости фильтра.

  Инерционные свойства диода, ухудшающие его вентильные свойства, приведут к искажениям преобразовательной характеристики выпрямителя с повышением частоты.

Наряду с различными схемами выпрямителей вентильные свойства диодов широко используются в других схемах и, в частности, в ограничителях.

Такие схемы используются, когда требуется направленно исказить гармонический сигнал, чтобы резко обогатить спектр и получить возможность выделить нужную гармоническую составляющую, отсутствующую во входном сигнале. Но наиболее часто ограничители применяются для целей защиты электрических цепей, чтобы в нужном месте схемы значение сигнала не превышало заданного значения.

Обратимся вновь к схеме рисунка 4, но диод поставим в режим большого сигнала, т.е. в отличие от ранее рассмотренного режима установим амплитуду E~ больше Е1. Тогда на части отрицательной полуволны переменного сигнала диод закроется и не будет пропускать ток, защитив при этом нагрузку R.

В ходе лабораторной работы будет исследоваться другая схема последовательного ограничителя сигналов.

В практике аналоговой электроники широкое распространение также получили кремниевые стабилитроны, разработанные для стабилизации напряжения постоянного тока.

 Чтобы осуществить такую стабилизацию, на ВАХ элемента должен находиться участок, на котором при значительных изменениях тока изменения напряжения были бы незначительными. Такими свойствами (малого дифференциального сопротивления) обладают участки ВАХ кремниевых диодов, где при обратном включении развивается тот или иной вид пробоя p-n-перехода с током, ограниченным внешним резистором.

Обобщенная структура системы электроснабжения

По характеру преобразования электроэнергии электроприемники подразделяют на электроприводы, осветительные и облучательные установки, электротехнологические установки, цифровые технические системы.

Структуры систем электроснабжения имеют некоторое разнообразие, которое определяется характером потребителя и источника электроэнергии, а также степенью удаленности их друг от друга.

Электроника – наука, изучающая явления взаимодействия электронов и других заряженных частиц с электромагнитными полями, что является физической основой работы электронных приборов и устройств (вакуумных, газоразрядных, полупроводниковых и др.), используемых для передачи, обработки и хранения информации.

Большинство применяемых в настоящее время полупроводников относится к кристаллическим телам, атомы которых образуют пространственную решетку. Взаимное притяжение атомов кристаллической решетки осуществляется за счет ковалентной связи, т. е. общей пары валентных электронов, вращающихся по одной орбите вокруг этих атомов. Согласно принципу Паули, общую орбиту могут иметь только два электрона с различными спинами, поэтому число ковалентных связей атома определяется его валентностью.

Простейший аналоговый стабилизатор напряжения постоянного тока – параметрический стабилизатор

Исследование работы схемы параметрического стабилизатора

Законы постоянного тока

Измерение силы тока производится амперметрами. Для расширения пределов измерения силы тока параллельно амперметру присоединяют шунт. Если амперметр рассчитан на измерения тока I0, а необходимо измерить ток, равный пI0, то параллельно амперметру присоединяют сопротивление в (п - 1) меньше сопротивления амперметра

На главную