Зміст звіту. - результати вимірювання струму і напруг на окремих ділянках ланцюгів досліджуваної схеми;

До звіту заносять:

- тему і мету роботи;

- результати вимірювання струму і напруг на окремих ділянках ланцюгів досліджуваної схеми;

- розрахунки характеристик и параметрів діода;

- висновки.

4.6 Контрольні питання

1. Як виникає р-n перехід при ідеальному контакті напівпровідників з різним типом електропровідності.

2. Намалювати схему і пояснити спосіб зняття ВАХ діодів за допомогою амперметра і вольтметра.

3. Намалювати схему і пояснити спосіб зняття ВАХ діодів за допомогою осцилографа.

4. Пояснити роботу р-n переходу при прямому і зворотному включенні.

5. Чим відрізняються ВАХ ідеального р-n переходу і реального діода.

6. Дати визначення диференціального опору діода і пояснити графічно спосіб його визначення.

7. Записати рівняння ВАХ випрямного діода, графік ВАХ і його пояснення.

8. Намалювати ВАХ стабілітрона і визначити робочу ділянку ВАХ при стабілізації напруги.

9. Чому величина бар'єрної місткості залежить від прикладеної напруги?

10. Яка фізична природа дифузійної місткості р-п переходу?

11. Перерахувати основні параметри діодів.

Лабораторна робота №5
ДОСЛІДЖЕННЯ однофазних ЛАНЦЮГІВ, ЩО МІСТЯТЬ несиметричні нелінійні ЕЛЕМЕНТИ

5.1. Мета роботи: Дослідження однофазних ланцюгів, що містять несиметричні нелінійні елементи, у колах з синусоїдальними сигналами. Експериментальне підтвердження здатності нелінійних елементів випрямляти змінний електричний струм. Проведення порівняльного аналізу різних схем випрямлячів.

5.2 Зміст роботи:

- провести дослідження характеристик різних схем випрямлячів, відповідно до порядку виконання роботи;

- побудувати необхідні осцилограми струмів і напруг, провести розрахунок вказаних величин;

- зробити висновки за результатами роботи.

5.3 Теоретичні відомості

Аналіз нелінійних ланцюгів при періодичних діях проводиться з урахуванням динамічних параметрів нелінійних елементів. У випадку якщо при цьому ставиться завдання визначити форму або гармонійний склад реакції ланцюга, то використовуються характеристики елементів для миттєвих значень.

При порівняно невисоких частотах змінних струмів динамічні характеристики нелінійних елементів практично співпадають з їх статичними характеристиками. Для випрямляння змінного електричного струму використовуються нелінійні без інерційні елементи з різко вираженою несиметричною вольт-амперною характеристикою (ВАХ) щодо початку координат. Такі елементи, які проводять струм тільки в одному напрямі, називаються електричними вентилями. До вентилів відносяться напівпровідникові і вакуумні діоди, тиристори, газонаповнені прилади і т.д. Вентилі діляться на керовані (тиристори, тиратрони) і некеровані (діоди, діністори).

На рис 5.1 представлена ВАХ діода i(U) при дії на нього гармонійної напруги U(ωt)

Рисунок 5.1

На рис 5.1 видна характерна реакція нелінійного елементу (діода) на вхідну дію. Струм, що протікає в ланцюзі нелінійного елементу (діода) виявляється несинусоїдальним, причому його спектр містить постійну складову, основну (з частотою ωt), а також вищі гармоніки.

Явно видно (рис 5.1) що амплітуда позитивної півхвилі струму в ланцюзі діода значно більше, ніж негативна. Різниця цих амплітуд тим більше, чим більше амплітуда сигналу джерела напруги живлячого ланцюг діода. Часто відмінність величин амплітуд струмів позитивної і негативної півхвиль тих, що протікають через діод настільки велика, що струмом негативної півхвилі можна нехтувати. В цьому випадку ВАХ реального діода можна замінити характеристикою реального вентиля (показана пунктиром на рис 4.1). Опір ідеального вентиля для позитивній півхвилі напруги, що живить ланцюг дорівнює нулю, а для негативної півхвилі напруги - нескінченно велик.

Пристрої з електричними вентилями, призначені для перетворення змінної напруги в постійне, називаються випрямлячами. Про якість судять по величині коефіцієнта пульсацій К_П. Коефіцієнт пульсацій є відношення величини діючого значення змінної складової на виході випрямляча до його постійної складової.

(5.1)

Чим менша величина коефіцієнта пульсацій, тим краще якість випрямляння.

Всі випрямляючі схеми можна розділити за основними ознаками:

1. по числу фаз первинної обмотки трансформатора - на однофазні і 3^х - фазні;

2. по числу імпульсів струму у вторинній обмотці трансформатора за період - на одне і двонапівперіодні;

3. некеровані і керовані.

Для спрощення аналізу випрямляча заздалегідь розглядатимемо його роботу на чисто активне навантаження, вважаючи трансформатор і вентилі ідеальними. Це означає, що втрати в трансформаторі відсутні, а вентилі мають ідеальну вольт-амперну характеристику. Для правильного вибору трансформатора і вентилів необхідне знання параметрів, якими характеризується робота кожного з елементів випрямної схеми. Заданими є: середні значення випрямленої (вихідної) напруги U₀ і струму I₀ та необхідний коефіцієнт пульсацій К_п.

Однонапівперіодна схема.

Схема однонапівперіодного випрямляча показана рис 5.2.

Рисунок 5.2 - Схема однонапівперіодного випрямляча

Це проста, і сама недосконала схема. Для простоти аналізу вважаємо вентиль ідеальним, а активні і індуктивні опори обмоток трансформатора рівними нулю. Оскільки вентиль ідеальний, то при позитивній півхвилі напруги в навантаженні протікатиме струм, миттєве значення якого:

При зворотній полярності напруги u₂ опори вентиля нескінченно велике і струм в навантаженні рівний нулю. Середнє значення випрямленої напруги на навантаженні (постійна складова):

(5.2)

Отже: U₂ - діюча напруга вторинної обмотки трансформатора повинна в 2.22 разу перевищувати випрямлену напругу на навантаженні (постійну складову).

Коли вентиль замкнутий u₀ = 0, то вся напруга u₂ виявляється прикладеним до вентиля. Максимальне значення зворотної напруги:

_,

Провівши необхідні заміни, одержимо:

U_{обр мах} = π U₀