1. Подключите к клеммам Х2, Х6 лабораторного стенда вольтметр V1, к клеммам Х3, Х4 вольтметр V2. Вольтметр V1 не должен быть заземлен. Галетные переключатели S1, S2 установите в положение 1. Тумблер S3 установите в нижнее положение. Вставьте вилку источника питания в розетку на задней панели стенда. Внимание! Следует использовать выход № 2 блока питания!
Задавая резистором R1 по вольтметру V1 значения входного напряжения UВХ в диапазоне от 0 до минус 8 В, по вольтметру V2 определите соответствующие им значения выходного напряжения UВЫХ УГР1 при отключенной цепи компенсации нелинейности.
Переведите тумблер S3 в верхнее положение и аналогично снимите для УГР 1 характеристику UВЫХ = f(UВХ) при подключенной цепи компенсации нелинейности.
2. Переведите галетный переключатель S2 в положение 2. Тумблер S3 должен быть в верхнем положении. По вольтметру V1 установите UВХ = 0. При необходимости резистором, размещенным на боковой стенке стенда, установите по вольтметру V2 ноль на выходе УГР1.
Изменяя резистором R1 входной сигнал в диапазоне от минус 4 до + 4 В, снимите для УГР 1 характеристику UВЫХ = f(UВХ).
3. Для снятия амплитудно-частотной характеристики УГР1 отключите оба вольтметра. К клеммам Х2, Х6 подключите осциллограф. Переведите галетный переключатель S2 в положение 3, переключатель S1 в положение 1 (частота 30 Гц). Тумблер S3 должен быть в верхнем положении. Резистором R1 установите амплитуду UВХ, равную 2 В. Переключите щупы осциллографа на клеммы Х3, Х4 и определите амплитуду UВЫХ. Выполните аналогичные действия при положениях 2 и 3 переключателя S1 (частоты 1 и 10 кГц).
4. Подключите к клеммам Х2, Х6 осциллограф, тумблером S3 отключите цепь компенсации нелинейности. Подавайте на вход УГР1 синусоидальные сигналы с частотами 30 Гц, 1 и 10 кГц (см. предыдущий пункт) и наблюдайте форму сигнала на выходе УГР1. Зарисуйте осциллограммы.
5. Подключите вольтметр V1 к клеммам Х1 и Х6, вольтметр V2 – к клеммам Х4 и Х5. Задавая резистором R4 по вольтметру V1 значения входного напряжения UВХ в диапазоне от 0 до минус 8 В, по вольтметру V2 определите соответствующие им значения выходного напряжения UВЫХ УГР 2.
6. Постройте графики всех снятых зависимостей UВЫХ = f(UВХ), а также амплитудно-частотной характеристики UВЫХ = f(fВХ).
Контрольные вопросы
1. Для чего используются устройства гальванического разделения электрических цепей?
2. На примере УГР1 объясните принцип компенсации нелинейности характеристики оптопар.
3. Почему эффективное преобразование аналогового сигнала не может быть осуществлено с помощью одиночной оптопары? Проиллюстрируйте ответ графиками экспериментальных характеристик.
4. Какие преимущества дает использование в УГР дифференциальной оптопары?
5. В чем особенность УГР для передачи двуполярных сигналов? Как должен выбираться уровень тока смещения через излучающие диоды?
Лабораторная работа № 5
ИССЛЕДОВАНИЕ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Цель работы: познакомиться с техническими характеристиками солнечных элементов.
Пояснения к работе
Солнечные элементы представляют собой p-i-n -фотодиоды специальной конструкции, обеспечивающей максимальную эффективность преобразования световой энергии в электрическую. В генераторном режиме под действием светового излучения в фотодиоде образуются носители заряда – электроны и дырки. Свободные электроны и дырки разделяются электрическим полем перехода фотодиода и заряжают p - область положительно, а n -область – отрицательно. Вследствие этого на выходных выводах фотодиода появляется фотоЭДС. Для снижения внутренних потерь на джоулево тепло, обусловленных протеканием фототока, в этих элементах используют полупроводники с низким удельным сопротивлением.
Вольт-амперные характеристики солнечных элементов имеют такой же вид, как и у фотодиода, работающего в генераторном режиме (рис. 6, б). При практическом применении отдельные элементы соединяют в батареи. Последовательное соединение элементов позволяет увеличить напряжение батареи, параллельное соединение – ток нагрузки.
Одним из основных параметров солнечного элемента является его КПД:
где Pmax – максимальная электрическая мощность, отдаваемая в нагрузку;
P пад – мощность светового излучения, падающего на солнечный элемент.
Для солнечного элемента на основе кремния типичными являются следующие параметры: сила фототока i Ф = 30 мА/см2; напряжение холостого хода U ХХ = 0,55 В, мощность в нагрузке РН = 12 мВт/см2, КПД h=11 %.