Порядок выполнения работы

1.9.1. Работа выполняется с использованием программы моделирования электронных устройств Electronics Workbench 5.12 с диодами, параметры которых приведены в таблице.

Таблица 1. Паспортные данные исследуемых диодов (расположены в библиотеке элементов drus)

1.9.2. Эксперимент 1. Соберите схему для исследования прямой ветви вольтамперных характеристик диодов, приведенную на рис. 1.5 (файл vax1diod.ewb). Для исследования используйте модели указанных диодов.

Рис.1.5

1.9.3. Установите режим работы вольтметра на измерение постоянного напряжения (DC). Изменяя выходной ток генератора тока от 0,5...100 мА, занесите в таблицу 2 результаты измерений напряжения на диодах для соответствующих значений тока.

Таблица 2

Примечание. Обратная ветвь ВАХ диодов в программе Electronics Workbench 5.12 не моделируется, поэтому изучить ее не представляется возможным.

1.9.4. По таблице постройте две вольтамперные характеристики для диодов, совмещенные на одном рисунке, рассчитайте статические и дифференциальные сопротивления диодов на прямой ветви. Используйте средства программы Excel.

Статическое сопротивление находится как отношение проекций точки, выбранной на линейном участке ВАХ диода

а дифференциальное сопротивление находится как отношение приращений

Сопротивления рассчитайте при значениях токов приблизительно 3 и 30 мА.

1.9.5. Эксперимент 2. Измерение емкости обратно-смещенного p-n-перехода диода.

Известно, что общая ёмкость перехода диода С_д = С_бар + С_{диф .} При обратном смещении она определяется наличием нескомпенсированных объемных (пространственных) зарядов ионизированных атомов примесей, не участвующих в процессе протекания электрического тока, и называется барьерной емкостью диода С_бар. При этом диффузионная емкость С_диф практически равна нулю. При прямом же смещении перехода его диффузионная емкость С_диф, образуемая за счет диффузии неосновных носителей, преобладает.

Измерительная схема С_бар приведена на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Схема измерения баръерной емкости p-n-перехода

На диод подается постоянное смещение U, которое можно изменять вручную задавая напряжение батареи Е, и небольшое переменное напряжение U1 частотой F =1 МГц. Емкость обратно-смещенного p-n-перехода диода С_p-n (или С_бар) образует с сопротивлением резистора R делитель напряжения. Измерив значения переменных напряжений U1 и U2, можно рассчитать емкость С_бар по формуле

Для повышения точности определения ёмкости С_бар сопротивление R подбирается таким образом, чтобы U2 ≈ 0,5 U1. Измерения производятся при различных значениях постоянного обратного напряжения U путем изменения напряжения батареи E от 0 до предпробойного состояния диода (U_{обр max} указывается в справочнике). Снимается зависимость С_бар = f (U), ход которой иллюстрирует рис. 1.7.

Рис. 1.7

Используя файл «с диода.ewb» со схемой по рис. 1.6, снимите и постройте зависимости С_бар = f(U) для двух типов диодов (КД213А с U_{обр max}= 200 В, КД219А с U_{обр max}= 15 В). Результаты измерений переменного напряжения U2 в 10 точках и расчетов С_бар по приведенной выше формуле занесите в таблицу 3. Для построения графиков зависимостей используйте имеющиеся программные средства (Excel, Mathcad).

Таблица 3

1.9.6. Эксперимент 3. Измерение статического сопротивления диода.

Измерьте сопротивление диодов в прямом (Rпр) и обратном (Rоб) подключении, используя мультиметр в режиме омметра. Результат запишите.

1.9.7. Эксперимент 4. Получение ВАХ на экране осциллографа.

Включите схему по рис. 1.8 (файл диод5.ewb, использовать диоды КД213А и КД219А).

На ВАХ, появившейся на экране, по горизонтальной оси отсчитывается напряжение на диоде в милливольтах (канал А), а по вертикальной – ток в миллиамперах (канал В, 1мВ соответствует 1мА). Скопируйте ВАХ на экране осциллографа в отчет. Качественно сравните ее ход с ранее снятой.

Рис. 1.8. Получение ВАХ на экране осциллографа

1.9.8. Эксперимент 5. Исследование выпрямителей на диодах.

Используя файлы схем л3_дз1.ewb, л3_дз2.ewb, rect_2.ewb, исследуйте работу однополупериодного, двухполупериодного и мостового выпрямителей. Результаты отразите в виде копий экранов осциллографа для различных схем и различных режимов.

Содержание отчета

Отчет представляется для защиты в электронном виде. Идентичные отчеты не рассматриваются. Отчет должен содержать:

1. Паспортные данные исследуемых диодов.

2. Таблицы измерений.

3. Экспериментальные ВАХ диодов, совмещенные на одном рисунке.

4. Рассчитанные статические и дифференциальные сопротивления диодов.

5. Экспериментально снятые зависимости барьерной емкости от напряжения, совмещенные на одном рисунке.

6. Данные по измерению статических сопротивлений диодов.

7. Снятые с экрана осциллографа ВАХ с пояснениями.

8. Выводы, в которых: отразите ход снятых зависимостей; объясните их нелинейность; объясните различия ВАХ исследуемых диодов; дайте анализ работы схем выпрямителей.

1.11.Контрольные вопросы

1. Что такое собственный и примесной полупроводники?

2. Как образуется контактная разность потенциалов?

3. Что такое запирающий слой?

4. Какие процессы происходят при прямом и обратном включении р-п - перехода?

5. Что такое диод Шоттки? Поясните особенности его В АХ.

6. Приведите основные параметры диодов.

7. Что такое ток насыщения диода?

8. Сравните токи через диод при прямом и обратном смещении по порядку величин. Почему они различны?

9. Намного ли отличаются прямое и обратное сопротивления диода при измерении их мультиметром в режиме омметра? Можно ли по этим измерениям судить об исправности диода?

10. Существует ли различие между величинами сопротивления диода на переменном и постоянном токе?

11. Совпадают ли точки изгиба ВАХ, полученные с помощью осциллографа и построенные по результатам вычислений?