1. Зависимость ВАХ диодов от температуры
Увеличение температуры при поддержании неизменного тока через диод приводит к уменьшению падения напряжения на диоде.
Следует построить семейство ВАХ кремниевого диода, в зависимости от температуры, используя схему рис. 2.1, а.
Рис. 2.1, а Рис. 2.1, б
После построения чертежа схемы и ее сохранения производится переход в режим расчета по постоянному току по команде Analysis > DC. В открывшемся диалоговом окне задания на расчет (рис. 2.2) в строке Variable 1 в ячейке Name указывается имя варьируемого параметра V 1, а в ячейке Range его максимальное значение, минимальное и шаг.
В группе полей, объединенных заголовком Temperature, устанавливается линейный Linear метод изменения температуры и задается ее максимальное, минимальное значение и шаг изменения, например 100, 20, 40.
В таблицу с параметрами, используемыми при выводе результатов моделирования, записываются данные для графика функции I D 1 = f (VD1).
Рис. 2.2
При нажатии кнопки RUN на экран выводится семейство ВАХ (рис. 2.3).
Рис. 2.3
С помощью полученных графиков при заданном токе (ток задается преподавателем) рассчитывается изменение напряжение на диоде с изменением температуры на 1о С: ∆ V ∕ ∆T при I = const.
При активной пиктограмме наносятся значения координат выбранных точек. Нужная точка отличается нажатием левой клавиши мыши при совмещении с точкой перекрестия маркера и буксировке маркера в удобное место для фиксации координат.
2. Однополупериодный выпрямитель диодов.
Простейшим примером использования выпрямительных свойств диодов является схема, представленная на рис. 2.1, б. Преобразование переменного тока в постоянный по направлению ток осуществляется с помощью диода.
При действии положительного полупериода входного напряжения диод включен в прямом направлении, его сопротивление r << R1 и выходной сигнал повторяет форму входного сигнала. При действии отрицательного полупериода диод включен в обратном направлении, его сопротивление Rобр >> R 1 и выходное напряжение практически равно нулю.
Величина R обр оценивается ориентировочно отношением U обр к току насыщения I обр (справочные данные). Для диода 1N4148 обратный ток составляет I обр ≈ 7·10-9 А. При U обр = 5 В величина сопротивления диода в обратном направлении равна R обр = 5 / 7∙10-9 ≈ 700∙106 Ом.
При построении чертежа схемы (рис. 2.1, б) источник синусоидального сигнала V1 вводится из меню Component > AnalogPrimitives > WaveformSources > Voltage Sources.
После фиксации источника V 1 на схеме открывается диалоговое окно задания параметров. В строке VALUE для источника задается сигнал Sin (0, 5 V, 1 k), где первая цифра в скобках - постоянная составляющая, 5 V - амплитуда сигнала, 1 k - частота.
Создание чертежа схемы завершается простановкой узлов и сохранением схемы.
Построение переходных характеристик производится при выборе меню Analysis > Transient. Задание параметров моделирования производится в открывшемся диалоговом окне Analysis Transient Limits.
В строке Time Range указывается длительность временного интервала по оси X. Обычно этот интервал времени выбирается равным двум периодам входного сигнала (2 ms).
В столбце X Expression отмечается переменная T, а в столбце XRange указывается максимальное время по оси X, обычно равное Time Range. В ячейках столбца Y Expression отмечаются выводимые на график функции:
V (1) - напряжение источника сигнала,
V (2) - напряжение на выходе схемы,
V (D 1) - падение напряжения на диоде.
В графе Y Range устанавливаются границы отображения этих функций, определяемые по максимальному и минимальному значению функций.
Результат моделирования приведен на рис. 2.4.
P | X Expression | Y Expression | X Range | Y Range |
V (D 1) | V (1) | 2 m, 0 | 5 v, - 5 v | |
Т | V (2) | 2 m, 0 | 5 v, - 5 v | |
Т | V (D 1) | 2 m, 0 | 5 v, - 5 v |
Рис. 2.4
Моделирование начинается при нажатии кнопки Run или при нажатии клавиши F 2. Закрытие режима анализа и возврат в окно схемы производится нажатием клавиши F 3 или по команде Transient > Exit Analysis.
По полученным графикам при амплитудном значении входного сигнала V m следует определить падение напряжения на диоде V (D 1), напряжение на выходе схемы V (2) и рассчитать ток в цепи I m = V (2) / R 1.
Координаты соответствующих точек на графике отмечаются в режиме активной пиктограммы .
3. Задание
Для амплитудного значения синусоидального сигнала Vm = 5 В в схеме рис. 2.1, б построить совместные вольт-амперные характеристики диода D 1 и резистора R 1: построить ВАХ резистора по двум точкам I = 0, I 1 = W m / R; поместить ВАХ диода встречно ВАХ резистора с началом в точке V m на оси напряжений (рис. 2.5).
Рис. 2.5
По точке пересечения совместных ВАХ определить ток Im в цепи R 1, D 1 при амплитудном значении синусоидального сигнала. Сравнить полученное значение с расчетным.
Лабораторная работа №3