Томский политехнический университет
Институт Кибернетики
Кафедра КИСМ
Электроника
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
«Исследование диодных схем»
Исполнитель
студент, 8В83 ____________ А.Н. Ролдугин
(подпись)
____________
(дата)
Руководитель
доцент ____________ А.И. Заревич
(подпись)
____________
(дата)
Томск 2010
Цель работы
-
Овладеть методикой снятия ВАХ нелинейных элементов. -
Освоить расчет основных параметров диодов, характеризующих их как нелинейные элементы. -
Получить практические навыки исследования схем лабораторной работы.
Ход работы
Исследование схем однополупериодного выпрямителя
ВАХ полученные в лабораторной работе № 1.
Рис . Кремниевый диод VD1
Рис . Диод Шоттки
Рис . Стабилитрон VD3
Однополупериодный выпрямитель
Рис . Схема однополупериодного выпрямителя, на активной нагрузке
Нахождение амплитуды, периода входного напряжения и временной интервал ненулевого тока кремниевого диода
Рис . Нахождение интервала ненулевого тока кремниевого диода
Рис . Нахождение периода кремниевого диода
Рис . Нахождение амплитуд кремниевого диода
В результате получили угол отсечки равный 84°, период входного напряжения 997 мкс, амплитуда выходного сигнала 1,612 В. При прямом напряжении диод открывается и через него протекает ток, при обратном напряжении диод закрыт и ток практически равен нулю.
Нахождение амплитуды, периода входного напряжения и временной интервал ненулевого тока диода Шоттки.
Рис . Нахождение периода диода Шоттки
Рис . Нахождение амплитуд диода Шоттки
Рис . Нахождение интервала ненулевого тока диода Шоттки
При замене кремниевого диода диодом Шоттки период увеличился до 1,02 мс, увеличились амплитуды напряжений, угол отсечки также увеличился и равен 88,5°. Эти изменения вызваны барьером Шоттки, в результате которого диод Шоттки имеет малое падение напряжение при прямом включении 0,1-0,2 В (Рис 2).
Исследование инерциальных свойств диода на повышенных частотах
Рис . Нахождение периода кремниевого диода при f = 13430 Гц
Рис . Нахождение интервала ненулевого тока кремниевого диода при f = 13430 Гц
Рис . Нахождение амплитуд кремниевого диода при f = 13430 Гц
Рис . Нахождение интервала ненулевого тока диода Шоттки при f = 13430 Гц
Рис . Нахождение периода диода Шоттки при f = 13430 Гц
Рису . Нахождение амплитуд диода Шоттки при f = 13430 Гц
Угол отсечки тока у кремниевого диода равен 87°, а диода Шоттки 101,5° . С повышение частоты инерционные свойства диода увеличиваются в следствии этого эффективность выпрямления снижается за счет того, что часть подведенного к p-n переходу внешнего напряжения падает на сопротивлении базы диода. Инерционные свойства особенно сильно проявляются на диоде Шоттки при высоких частотах, на кремниевом диоде повышение частоты не так сильно сказывается на его свойствах.
Однополупериодный выпрямитель на активно-емкостной нагрузке.
Рис . Схема однополупериодного выпрямителя, работающего на активно-емкостную нагрузку
Рис . Амплитуды сигналов
Рис . Период выходного напряжения
Рис . Временной интервал не нулевого тока диода
Рис . Выходной сигнал и U генератора
При добавлении конденсатора значительно уменьшился угол отсечки с 84° до 72° , амплитуда и период остались практически такими же. Мы также наблюдаем что коэффициент передачи равен K=0.34. При положительной полуволне напряжения генератора через диод протекает ток, когда входное напряжение больше напряжения на обкладках конденсатора, конденсатор заряжается, если меньше то конденсатор разряжается, даже при отрицательном входном напряжении конденсатор разряжается и способствует сглаживанию выходного напряжения.
Рис . Выходное напряжение и ток диода при f=3278 Гц
Коэффициент пульсации равен К=1,586, при повышении частоты наблюдается сглаживание выходного напряжения из за того что конденсатор не успевает разрядиться за время отрицательной полуволны входного напряжения .
Рис . Выходное напряжение и ток диода при f=4363 Гц
При увеличении частоты сигнала коэффициент пульсации падает и равен К=1,385.
Рис . Выходное напряжение и ток диода при f=13260 Гц
При частоте 13260 Гц коэффициент пульсации имеет наименьшие значение К=0,571.
Рис . Выходное напряжение при конденсаторе C2
При замене конденсатора С10(47 нФ) на С2(10 мкФ) коэффициент пульсации стал на много меньше К=0,128, из за того что емкость С2 на несколько порядков больше С10, и при напряжении меньше чем на обкладках конденсатора, емкость разряжается очень медленно, в результате выходное напряжение падает тоже незначительно, что показано на Рис 25.
Рис . Выходное напряжение при Uвх=1,1 В
Рис . Выходное напряжение при Uвх=1,7 В
Рису . Выходное напряжение при Uвх=2,5 В
Зависимость выходного сигнала от входного.
|
Uвх, В |
Uвых, В |
Коэф. передачи |
Коэф. пульсации |
|
2.5 |
1.33 |
0,53 |
0,73 |
|
2.3 |
1.27 |
0,55 |
0,74 |
|
2.1 |
1.12 |
0,53 |
0,74 |
|
1.9 |
0,984 |
0,51 |
0,76 |
|
1.7 |
0,834 |
0,48 |
0,76 |
|
1.5 |
0.681 |
0,45 |
0,8 |
|
1.3 |
0.534 |
0,4 |
0,73 |
|
1.1 |
0.377 |
0,33 |
0,78 |
При уменьшении входного напряжения уменьшается выходное, так же уменьшается коэффициент передачи, а коэффициент пульсации остается в фиксированных границах
Исследование работы схемы последовательного ограничителя
Рис . Схема последовательного диодного ограничителя
Рис . Выходной сигнал при E=-1
При отрицательном напряжении подпорки выходное напряжение приближается к нулю только тогда когда входное напряжение на отрицательной полуоси.
Рис . Выходной сигнал при E=1
При напряжении подпорки меньше входного напряжения Е=+1 В , выходное напряжение находится в пределах между напряжением подпорки 1 В и напряжением 1.67 В.
Рис . Выходной сигнал при E=2
При Е=+2 В, входного сигнала не достаточно для открытия диода из за внутреннего сопротивления диода следовательно выходное напряжение примерно равно напряжению подпорки.
Рис . Выходной сигнал при E=3
При Е=+3 В, выходное напряжение еще больше приближается к напряжению подпорки и равно 2,93 В.
Исследование работы схемы параметрического стабилизатора
Рис . Схема параметрического стабилизатора напряжения
\
Коэффициент нестабильности
На резисторе R21
Рис . Выходное напряжение при номинальном входном
Рис . Выходное напряжение при минимальном входном
Рис . Выходное напряжение при максимальном входном
Коэффициент нестабильности стабилизатора на резисторе R21 равен 7%, что довольно много по сравнению с идеальными значениями.
На резисторе R23
Рис . Выходное напряжение при номинальном входном
Рис . Выходное напряжение при минимальном входном
Рис . Выходное напряжение при максимальном входном
При увеличении нагрузки, коэффициент нестабильности увеличивается и равен 8,8%
При отсутствии стабилитрона
Рис . Выходное напряжение при номинальном входном
Рис . Выходное напряжение при минимальном входном
Рис . Выходное напряжение при максимальном входном
При отсутствии стабилитрона коэффициент нестабильности получился 40%, стабилитрон позволяет заметно снизить коэффициент не стабильности, при увеличении нагрузки коэффициент возрастает.
Вывод
В результате изучения однополупериодного выпрямителя мы получили значения угла отсечки на Диоде Шоттки больше чем на кремниевом диоде(88,5° и 84°), в связи с малым падением напряжением при прямом включении. При увеличении частоты генератора угол отсеки увеличивается и усиливаются его инерционные свойства, особенно это проявляется на диоде Шоттки. При добавлении емкости в выпрямитель мы получили более сглаженное значение выходного тока из за разрядки конденсатора при входном напряжении меньшем чем на его обкладках. Увеличение частоты входного сигнала или емкости конденсатора позволяет добиться еще большего сглаживания выходного сигнала, так как конденсатор не успевает полностью разрядиться за время отрицательной полуволны. Выходной ток прямо пропорционально зависит от входного тока, при уменьшении входного тока так же падает коэффициент передачи. Использование последовательного ограничителя позволяет ограничивать выходное напряжение снизу на величину подпорки, при напряжении подпорки большем, чем входное, выходное напряжение становится примерным равным напряжению подпорки. Стабилизатор напряжения позволяет значительно снизить коэффициент нестабильности, уменьшение сопротивления нагрузки также позволяет снизить коэффициент нестабильности.