Материал: TX7Eh4KK48

Лабораторная работа 2. ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЙ ДИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

2.1. Исследование диодного выпрямителя

Простейшим примером использования выпрямительных свойств диодов служит схема, представленная на рис. 2.1. Преобразование переменного тока в постоянный по направлению ток осуществляется с помощью диода.

При действии положительного полу-

напряжение практически равно нулю.

Величина Rобр оценивается ориентировочно отношением Vобр к току насыщения Iобр. Для диода 1N4148 обратный ток составляет Iобр ≈ 7 · 10–9 А. При Vобр = 5 В сопротивление диода в обратном направлении равно

Rобр = 5/(7 · 10–9 ) ≈ 700 · 106 Ом.

При построении схемы (рис. 2.1) источник синусоидального сигнала V1

вводится из меню Component > Analog Primitives > Waveform Sources > Voltage Sources. После фиксации источника V1 на схеме открывается диалоговое окно задания параметров. В строке VALUE для источника задается сигнал sin(0 50V 50H), где первая цифра в скобках – постоянная составляющая, 50V (50 В) – амплитуда сигнала, 50H (50 Гц) – частота сигнала.

Построение графиков переходных характеристик выполняется при выборе меню Analysis > Transient. Параметры моделирования задаются в открывшемся диалоговом окне согласно данным, приведенным в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Встроке Time Range указывается длительность временного интервала по оси X. Обычно этот интервал времени выбирается равным двум периодам входного сигнала (40 мс).

Встолбце X Expression отмечается переменная T, а в столбце X Range указывается максимальное время по оси X, обычно равное значению Time Range. В ячейках столбца Y Expression отмечаются выводимые на график функции:

V(V1) – напряжение источника сигнала; V(R1) – напряжение на выходе схемы; V(D1) – падение напряжения на диоде.

Вграфе Y Range устанавливаются границы отображения этих функций, определяемые по максимальному и минимальному значениям.

Результат моделирования переходного процесса на каждом элементе схемы приведен на рис. 2.2. Необходимо определить, какая из характеристик на графике соответствует каждому элементу схемы.

12

напряжения на диоде V(D1), напряжение на резисторе V(R1) и рассчитать ток в цепи Im = V (R1)/R1.

Координаты соответствующих точек на графике отмечаются в режиме активной пиктограммы .

После исследования характеристик схемы, представленной на рис. 2.1, следует по аналогичной методике провести анализ схемы диодного моста (рис. 2.3) и сравнить результаты, полученные для указанных схем. В схеме рис. 2.3 для всех диодов следует задать модель 1N4148, элементы схемы V1 и R1 задаются аналогично схеме рис. 2.1.

2.2.Исследование характеристик стабилитрона

ивыпрямителя на его основе

Стабилитронами называют полупроводниковые диоды, использующие особенность обратной ветви вольтамперной характеристики на участке пробоя изменяться в широком диапазоне изменения токов при сравнительно небольшом отклонении напряжения (см. рис. 1.1). Это свойство используется при создании специальных устройств – стабилизаторов напряжения.

Вольтамперные характеристики стабилитрона исследуются для схемы рис. 2.4 по методике, изложенной в 1.2. В качестве модели диода следует выбрать 1N3879, R1 = 16 Ом, напряжение источника постоянного напряжения V1 = 100 В. Необходимо построить обратную ветвь ВАХ и определить значение напряжения стабилизации.

Далее необходимо исследовать влияние стабилитрона на характеристики диодного выпрямителя. Для этого необходимо построить схему, изображен-

R1

V1

D1

13

ную на рис. 2.5 и промоделировать переходные процессы в ней (Analysis >

Transient).

Схему рис. 2.5 необходимо исследовать для нескольких значений амплитуды напряжения на источнике синусоидального напряжения (60…120 В с шагом 10 В). Для этого в меню задания параметров моделирования переходных процессов следует нажать кнопку Stepping. На экране появится меню (рис. 2.6), в котором в строке Step what следует указать имя варьируемого параметра – амплитуду синусоидального сигнала sin.va. На следующих строках отмечаются пределы его изменения: From (от) 60 В, To (до) 120 В, Step (шаг) 10 В. В графе Step it следует подтвердить выбор варьируемой переменной выделением Yes. Ввод значений варьируемого параметра заканчивается нажатием кнопки ОК.

Рис. 2.6

Записать амплитудные значения напряжения на каждом из элементов схемы для каждого значения амплитуды напряжения на синусоидальном источнике. Сравнить результаты с результатами, полученными в 2.1. По результатам сравнения необходимо сделать выводы.

Лабораторная работа 3.

ВХОДНАЯ И ПЕРЕДАТОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Биполярный транзистор (БТ) – это полупроводниковый прибор с тремя областями чередующихся типов проводимости и двумя p− n-переходами, позволяющий усиливать электрические сигналы. Для n− p− n-транзисторов сред-

14

няя р-область – базовая (Б, b – в англоязычных обозначениях) имеет проводимость, противоположную крайним n-областям: эмиттерной (Э, e – в англоязычных обозначениях) и коллекторной (К, c – в англоязычных обозначени-

ях) (рис. 3.1, а).

При использовании транзистора в режиме усиления управляющий переход база– эмиттер (БЭ) смещен в прямом направлении, т. е. открыт, а управляемый переход база– коллектор (БК) – в обратном, т. е. закрыт. Электроны из эмиттера через открытый переход инжектируются в область базы. При достаточно малой ширине базы небольшое количество инжектируемых электронов рекомбинирует с дырками в базе, создавая базовый ток Ib.

Основная часть инжектируемых электронов не успевает рекомбинировать с носителями в области базы и достигает коллекторного перехода. Происходит перенос электрических зарядов через базу из эмиттерной области в коллекторную.

Рис. 3.1

Эмиттерный ток Ie равен сумме базового Ib (входной) и коллекторного Iс (выходной) токов:

Ie = Ib + Ic .

Токи Ie, Ib, Ic связаны соотношениями:

Ic = αIe ,

где коэффициент передачи тока из эмиттера в коллектор α = 0.95...0.99, и

Ic = βIb ,

где β – основной усилительный параметр транзистора, показывающий, во сколько раз ток Ic больше тока Ib:

Ie = Ic + Ib = βIb + Ib = (1 + β)Ib .

15