С ПОМОЩЬЮ ХАРАКТЕРИОГРАФА IV ANALYZER

В библиотеке Instruments среды MS10 имеется построитель ВАХ диодов и транзисторов (IV ANALYZER). Подключив с помощью переключателя А соответствующие выводы диода VD или стабилитрона VC к входам прибора XIV1 (рис. 21.7) и задав предельные значения входного напряжения в закладке, открываемой командой Sim. Param (Simulate Parameters), нужно запустить программу моделирования ВАХ, щелкнув мышью на кнопке среды МS10.

В качестве примера на рис. 21.7 представлен рабочий участок ВАХ стабилитрона VC типа 1N4747A с напряжением пробоя U_cm..min = - 20 В и заданными пределами напряжения: Start: U = -20,1 В; Stop: U = -19 В; Increment = 2 мB. Установлен­ные пределы при моделировании автоматически увеличиваются. Изменяя пределы напряжения, можно смоделировать и исследовать отдельные участки ВАХ диодов и стабилитронов. Координаты точек ВАХ удобно определять с помощью визирной линии, перемещая её в горизонтальном направлении.

Координаты точки пересечения ВАХ стабилитрона визирной линией выводятся в нижней строке окна прибора XIV1 ( см. рис. 21.7): напряжение на стабилитроне U_cm = - 20 В и ток I_cm » -14 мA.

УЧЕБНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

Задание 1. Запустить лабораторный комплекс Labworks и щёлкнуть мышью на команде Lr21. Щёлкая мышью на соответствующих кнопках и заставках меню пользовательского интерфейса комплекса Labworks, изучить "Теоретические сведения …" и рассчитать по формулам (см. табл. 21.1) значения параметров компонентов схемы (рис. 21.1) для их последующей установки при моделировании схемы. Запустить программу MS10, щелкнув мышью на команде Эксперимент меню комплекса Labworks. Занести в поля табл. 21.1 электронной тетради рассчитанные значения параметров компонентов схемы (рис. 21.1). Собрать схему (рис. 21.1) испытания виртуального диода VD на рабочем поле среды MS10 или открыть файл 21.1.ms10.

Т а б л и ц а 21.1

Вариант N	Е 2, В	Uобр, В	Iобр, мкА	Е 1, В	Uпр, В	Iпр, мА	Принять Iпр.ном = = Е 1/(R 1 + Rпр.дин) = …, А, где Е 1 = 2 В
1…15	100 + N = …	0,1 Е 2 = …		0,5
0,2 Е 2 = …		0,75
0,3 Е 2 = …
16…30	100 - N = …	0,5 Е 2 = …		1,25
1,0 Е 2 = …		1,5
R 2 = R 1 = 2 Oм	1.75

Щелкнуть два раза мышью вначале на изображении источника напряжения Е2 и установить значение Е ₂, затем на изображении источника Е1 и установить значение Е ₁ = 2 В, и наконец на изображении диода VD. В открывшемся окне диода выбрать команду Edit Model, а в её закладках выделить и установить (согласно варианту N) следующие параметры (рис. 21.8):

• RS (прямое динамическое сопротивление R_пр.дин, например 4 Ом);

• Bv (напряжение пробоя U_обр.max = 100 + N, B (для вариантов 1…15) и U_обр.max = 100 - N, В (для вариантов 16…30)).

Примечание. Развёрнутые названия выводимых параметров компо­нентов схем мож­но найти в описании программной среды MS10 (Mul­tisim^ТМ Component Reference Guide).

Значения параметров компонента могут быть изменены и записаны как в паспорт данного компонента (Change Part Mo­del), так и в паспорта всех аналогичных компонентов (Change All Models) (см. рис. 21.8, внизу). Исходные значения параметров восстанавливаются после щелчка мышью на кнопке команды Restore.

Снятие обратной ветви ВАХ диода рекомен­дуется проводить при из­менении напряжения на его аноде от -1,1 U_обр. _max до 0, а прямой ветви (в том числе и стабилитрона) - от 0 до U_пр = 0,75…1,0 В.

После запуска программы MS10 (щелчка мышью на кнопке меню среды MS10) снять показания приборов и занести их в табл. 21.1 электронной тетради отчёта. Методика снятия ВАХ диода описана в разделе "Теоретические сведения …". По данным эксперимента построить график обратной и прямой ветви ВАХ диода.

Скопировать изображение схемы с показаниями приборов при Е ₁ = 1 В на страницу отчёта.

Для моделирования обратной и прямой ветвей ВАХ диода с помощью характериографа ХIV1 (см. рис. 21.7) рекомендуется установить пределы напряжения [ U_{обр max}, 2 В]. Окно с результатами моделирования ВАХ виртуального диода VD приведено на рис. 21.9. Перемещая визирную линию в окне, замечаем, что пробой диода происходит при U_обр.max » -100 В. При моделировании только прямой ветви ВАХ диода целесообразно задать пределы напряжения [ - 2 В, 2 В] (рис. 21.10).

Записав значения координат точек пересечения визирной линии с прямой ветвью ВАХ (см. нижнюю строку на рис. 21.10), определить статическое R_{пр . cт} и динамическое R_{пр . дин} сопротивления диода, воспользовавшись формулами (см. рис. 21.2).

Задание 2.Собрать схему испытания стабилитрона (рис. 21.11, а) или открыть файл 21.11.ms10. Согласно варианту задания (см. табл. 21.2) выбрать в библиотеке Zener тип стабилитрона VC, рассчитать и установить параметры элементов схемы. С этой целью:

- после двойного щелчка мышью на изображении стабилитрона VC в открывшемся окне щёлкнуть мышью на кнопке команды Replace (Заменить), затем последовательно на кнопках команд или заставок Diodes/­Zener/ /1N47..А / Detail Report, где 1N47..А тип стабилитрона ( рис. 21.12 ). Выписать из отмеченных эллипсами закладок значения напряжения пробоя (Vz) стабилитрона и тока(Iz), например для типа 1N4747А U_ст. _min = 20 В и ток I_ст. _min = 12,5 мА, и занести их в табл. 21.2;

- последовательно щелкая мышью на элементах схемы, установить в открывающихся окнах параметры (Value) остальных элементов схемы (рис. 21.11): ЭДС источника Е ₁ = Е ₂ = |2 U_ст×ном | » 40 В, где U_ст×ном » » 1,001 U_ст×min; сопротивление балластного резистора R_b » U_{ст × ном} / I_ст. _ном = = 20,02/(37,5×10^-3) » 530 Ом, где I_ст. _ном » 3 I_ст. _min. Принять сопротивление нагрузки R_п = 2 кОм;

- запустить программу MS10. Скопировать изображение схемы (рис. 21.11, а) на страницу отчёта;

- изменяя входное напряжение U_вх на 10 % (от 0,95 до 1,05 Е ₁), занести показания при­боров V2 и A2 в табл. 21.2 и определить:

- изменение напряжения на нагрузке (в процентах) по формуле

где U_{ст × ном} = (U_{ст 2}+ U_{ст 1})/2;

- динамическое сопротивление стабилитрона

Рассчитанные значения DU % и R_ст.дин занести в табл. 21.2;

Т а б л и ц а 21.2

Вари- анты	Тип стабилитрона	Ucm.min В	Icm.min, мА	Ucm.ном, В	Uвх = = 0,95 Е 1, В	Uвх = =1,05 Е 1, В
1…30	1N4731А… 1N4760А	…	…	…	Ucm 1, В …	Icm 1, мА …	Ucm 2, В …	Icm 2, мА …
N = …	1N47…A	DUст, % …	Rст.дин, Ом …

- установить переключатель Q в правое положение, запустить программу, установить визирную линию на экране осциллографа ХSC1 приближенно на максимальное значение положительной полуволны синусоидального напряжения (см. рис. 21.11, б) и убедиться, что напряжение на нагрузке ограничено по амплитуде уровнем напряжения U_ст.ном.

Задание 3. Открыть схемный файл 21.13.ms10 или собрать схему испытания тиристора VS типа 2N2573 (рис. 21.13), содержащей, кроме источников постоянного Е1 и синусоидального Е2 напряжения, генератор Е3 прямоугольных импульсов с регулируемым временем задержки (Delay Ti­me) импульсов t_з, длительностью импульсов (Pulse Width) (задана длительность t_и = 1 мс) и периодом (Period) Т (задан период Т = 10 мс); датчик тока INUT (источник напряжения, управляемый током: при коэффициенте передачи INUT k = 1 Ом значение выходного напряжения в вольтах равно значению тока в амперах; например, значение напряжения 19,465 В (Chanel_B, см. рис. 21.13, справа) равно значению протекающего через тиристор тока 19,465 А, а напряжение на открытом тиристоре (Chanel_А) U_а = 1,071 В); два реле времени Rele1 и Rele2 (два переключателя с программируемым временем переключения для задания задержки (0 sec) и продолжительности (0,05 sec) вывода результатов моделирования (осциллограмм) на экран осциллографа XSC1); резистор R1 c сопротивлением 2 Ом, ограничивающем ток открытого тиристора, и потенциометр R2 для задания тока отпирания тиристора.

Значения параметров номинированного тиристора VS типа 2N2573 при­­

ведены в окне (рис. 21.14), где:

• VDRM = 2.5e+1 (напряжение отпирания U_от = 25 B);

• IDRM = 1e-5 (обратный ток I ₀ = 10 мкА);

• ITM = 2e+1 (допустимый ток анода I_a.max = 20 A);

• VTM = 1.1e+0 (напряжение на открытом тиристоре U_пр = 1,1 B);

• IH = 1e-2 (ток удержания I_уд = 10 мА);

• VGT = 7e-1 (управляющее напряжение U_у = 0,7 В на открытом тиристоре);

• IGT = 4e-2 (ток управляющего электрода I_у = 40 мА).

При определении напряжения отпирания динистора (тиристора VS при напряжении U_у = 0) нужно принять ЭДС Е ₁ = 40…50 В. Из анализа ВАХ данной модели динистора (рис. 21.15), снятой с помощью прибора XIV1, следует, что напряжение отпирания динистора U_оm » 37,4 В, хотя в паспортных данных этой модели указано U_от = 25 B.

Скопировать изображение схемы (рис. 21.13) на страницу отчёта.

Установить переключатель Q (см. рис. 21.13) в правое положение, замкнуть ключ S, последовательно задавать время задержки t_з = 1; 4 и 7 мс импульсов управления U_у генератора Е3 и зарисовать (или скопировать) на страницу отчёта осциллограммы напряжения u_а и тока i_а тиристора.

В качестве примера на рис. 21.16 приведены осциллограммы напряжения u_а и тока i_а тиристора при времени задержки управляющего импульса t_з = 5 мс (угле отпирания a = 90°) по отношению к началу нарастания анодного синусоидального напряжения с периодом Т = 20 мс. Выведенные в среднем окне цифры (ниже осциллограмм напряжения и тока на рис. 21.16) есть координаты точек осциллограмм, в которых их пересекают визирные линии. Кнопки и поля, расположенные внизу окна осциллограмм, предназначены для выбора режимов работы каналов А и В ввода сигналов, смещения графиков кривых зависимостей по осям Х и Y, а также масштабов как горизонтальной развёртки лучей, так и усиления входных сигналов.

Примечание. При измерении виртуальными приборами среды МS10 несинусоидальных величин, коими являются напряжение и ток тиристора при угле отпирания a ¹ 0, следует иметь в виду, что их показания в режиме АС будут приближенными, так как эти приборы смоделированы на измерение действующих значений синусоидальных величин.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Наименование и цель работы.

2. Перечень приборов, использованных в экспериментах, с их крат­кими характеристиками.

3. Изображения электрических схем испытания диода, стабилитрона, тиристора и осциллограмм ВАХ приборов.

4. Таблицы результатов измерений и расчётов.

5. Расчётные формулы.

6. Выводы по работе.