Схемы исследований

1.1. Схема для измерения вольт-амперной характеристики стабилитрона представлена на рис. 2.2.1. Схема собирается на основе монтаж­ного шасси и комплекта соединительных проводов. Питание стабилитрона осуществляется от источника 0-300 В (гнезда Г1 блока 1 измерительно­го стенда). Величина питающего напряжения изменяется автотрансформа­тором типа ЛАТР, расположенным слева под крышкой лабораторного стола. Последовательно со стабилитроном включен резистор R_б, ограничиваю­щий ток через стабилитрон.

1.2. Для исследования последовательного и параллельного соедине­ния стабилитронов используются схемы, представленные на рис.2.2.2 к 2.2.3. В схеме, представленной на рис.2.2.3 миллиамперметры включа­ются в катодные цепи стабилитронов для уменьшения числа соединитель­ных проводов. При сборке схем, представленных на рис.2.2.2 и 2.2.3 необходимо использовать дополнительные выводы на цоколе стабилитрона.

1.3. При проведении измерений запрещается пропускать ток через стабилитрон свыше 30 мА.

2. Порядок выполнения работы

2.1. Собрать схему, представленную на рис. 2.2.1. Установить не­обходимые пределы измерении измерительных приборов.

2.2. После проверки схемы преподавателем определить с точностью до 1 В напряжение зажигания стабилитрона U_з (оно отмечается по по­явлению свечения в баллоне) и соответствующий ему ток.

2.3.Изменяя напряжение источника питания Е от 0 до величины на 1...9B меньшей, чем U_з,c интервалом 10 В, измерять U_ст и I_ст.

2.4.Сразу после зажигания стабилитрона установить интервал из­менения Е равным 2 В, продолжая измерения Uст и Iст.

2.5.После того, как Iст перестает заметно изменяться, снова изменять напряжение Е с интервалом, равным 10 В до тех пор, пока ток I_ст не станет равным 30 мА. После второго сразу же! прекратить увеличение Е.

2.6.При выключенном питании стенда собрать схему, представленную на рис.2.2.2.

2.7.После проверки схемы преподавателем определить напряжение зажигания двух последовательно включенных стабилитронов.

2.8.Измерить вольт-амперную характеристику двух последовательно соединенных стабилитронов, для чего повторить измерения по пп.2.3-2.5.

2.9.При выключенном питании стенда собрать схему, представлен­ную на рис.2.2.3.

2.10.После проверки схемы преподавателем определить напряжение зажигания двух параллельно включенных стабилитронов.

2.11.Измерить вольт-амперную характеристику двух параллельно включенных стабилитронов в режиме нормального тлеющего разряда для чего повторить измерения по пп.2.3-2.5.

2.12. Предъявить данные измерений для проверки преподавателю.

3. Обработка результатов измерений.

Построить вольт-амперную характеристику стабилитрона и двух последовательно и параллельно включенных стабилитронов, как зависимость U_ст=f(I_ст). На полученных характеристиках отметить U_заж, Imax, I_min, определить рабочий диапазон токов Imax – Imin, изменение напряжения стабилизации DU_ст в ра­бочем диапазоне токов, статическое сопротивление R_ст=V/I и дифференциальное сопротивление R_i=dU/dI в середине диапазона рабочих токов.

Определить коэффициент стабилизации по напряжению

где DЕ - изменение напряжения источника питания; DU - соответствующее изменение напряжения на стабилитроне. DE и DU определять графически с помощью нагрузочных прямых прямых. Уравнение нагрузочной прямой

В данной работе R_б=5,1 кОм; Е выбирается таким образом. чтобы нагрузочная прямая пересекала вольт-амперную характеристику в точках, соответствующих I_max и I_min.

Сделать вывод о возможности практического использования последовательного и параллельного включения стабилитронов (с обоснованием).

4. Содержание отчета

Отчет должен содержать:

- наименование и цель работы;

- паспортные данные исследуемого стабилитрона;

- схемы исследования;

- таблицы измеренных данных;

- графики вольт-амперных характеристик для одиночного стабилитрона и двух стабилитронов, включенных последовательно и параллельно;

- расчет параметров стабилитрона по его вольт-амперной характеристике;

- графическое определение коэффициента стабилизации;

- выводы по проделанной работе.

Лабораторная работа № 2.3

ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРА

Цадь работы: изучение свойств маломощных тиристоров, измерение их характеристик и параметров. В работе измеряются прямые и обратные ветви вольт-амперной характеристики тиристора при различных значениях управляющего тока. [l,c.I75-I82 ], [2.с.395-395], [3,с.252-267].

1. Схемы исследования

Схема для измерения характеристик представлена на рис.2.3.1.

Схема собирается на монтажном шасси с помощью комплекта соединительных проводов. В схеме используется источник питания анодного напряжения 0-300 В (гнезда Г1 блока 1 измерительного стенда) и источник уп­равляющего напряжения 0-50 В (гнезда Г6 блока 2 измерительного стенда). Резисторы R₁=20 кОм и R₂=6,8 кОм введены в схему для ограничения токов управляющего и прямого тока тиристора в режиме включения. Напряжение источника питания анодной цепи регулируется автотрансформатором, расположенным слева под крышкой лабораторного стола, величина его контролируется вольтметром V₁, расположенным на лицевой панели блока 1 лабораторного стенда.

Миллиамперметр мА₁ измеряет ток в цепи управления, а мА₂ - анодный ток тиристора. Пределы измерения миллиамперметров указаны на схеме.

Пределы измерений вольтметра V₂, который измеряет анодное напряжение тиристора, меняется в процессе выполнения работы.

2. Порядок выполнения работы

2.1. Собрать схему, представленную на рис. 2.3.1.

2.2. После проверки схемы преподавателем измерить прямые ветви вольт-амперных характеристик тиристора Iпр=f(Uпр) при I_упр=const.

2.2.1. Отсоединить провод, соединяющий гнезда Г6 и мА₁, т.е. разорвать управляющую цепь и сделать управляющий ток равным нулю I_упр=0.

2.2.2. Менять анодное напряжение тиристора от 0 до напряжения включения U_вкл с интервалом 20 В. Напряжение включения - это то напряжение на тиристоре, при котором происходит включение тиристора и напряжение на нем скачкообразно падает (до десятых долей Вольта). Изменение напряжения на тиристоре производить плавно, чтобы точно определить U_вкл. В таблицу записывать значение прямого тока.

2.2.3. После скачкообразного уменьшения напряжения на тиристоре установить предел измерения вольтметра V2 -- 1...3 В для точного измерения напряжения на открытом тиристоре.

2.2.4. Регулируя входное напряжение U₁, изменять ток открытого тиристора I_пр от 15мА до минимального значения I_выкл, соответствующего выключению тиристора, с интервалом 5мА. В таблицу записываются значения U_{пр откр}. Отдельно зафиксировать значение тока I_выкл.

2.2.5. Установить предел измерения вольтметра V₂ - 0...300 В.

2.2.6. Подключить источник управляющего тока - соединить прово­дом миллиамперметр мА₁ и гнезда Г7.

2.2.7. Последовательно установить значения управляющего тока I_упр=0,2;0,3;0,4 и 0,5мА. Для каждого значения I_упр повторить процесс измерения прямой ветви вольт-амперных характеристик, т.е. по­вторить измерения по пп. 2.2.2-2.2.5.

2.3. Измерить обратную ветвь вольт-амперной характеристики тиристора I_обр=f(U_обр) при I_упр=0.

2.3.1. Выключить питание блока 1 лабораторного стенда.

2.3.2. Отключить источник управляющего напряжения.

2.3.3. Изменить полярность включения источника анодного питания тиристора на обратную.

2.3.4. Изменить полярность включения измерительных приборов: вольтметра V₂ и миллиамперметра мА₂ на обратную. Установить пределы измерения V₂ 0-300 В, миллиамперметра мА₂ - 0-0,75 мА.

2.3.5. Включить питание блока 1 лабораторного стенда.

2.3.6. Измеряя обратное напряжение от 0 до 200 В с интервалом 20 В, записывать в таблицу значения I_обр.

3. Обработка результатов измерений

3.1. По результатам измерений строятся графики вольт-амперных характеристик тиристора. Прямую и обратную ветви характеристики стро­ить на одном рисунке, используя разные масштабы по оси токов. Прямую ветвь характеристики строить для пяти значений управляющего тока Iупр= 0; 0,2; 0,3; 0.4; 0,5 мА.

3.2. По результатам измерений построить график зависимости нап­ряжения включения от величины управляющего тока U_вкл=f(I_упр).

3.3. Построить график зависимости тока выключения тиристора от величины управляющего тока I_выкл=f(I_упр).

4. Содержание отчета

Отчет должен содержать:

- наименование и цель работы;

- паспортные данные исследуемого тиристора;

- схему исследования тиристора;

- таблицы с данными измерений;

- вольт-амперные характеристики тиристора при различных значениях уп­равляющего тока;

- график зависимости напряжения включения от величины управляющего тока;

- график зависимости тока включения тиристора от величины управляюще­го тока;

- выводы по проделанной работе.

Лабораторная работа № 2.4

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛЯМБДА-ДИОДА

Цель работы; изучение принципа действия лямбда-диода, измерение его характеристик и параметров. В работе измеряются прямая и обратная ветви вольт-амперной характеристики лямбда-диода, измеряется семейст­во выходных характеристик полевого транзистора о управляющим p-n переходом, на котором строится характеристика лямбда-диода,. Рассчитывается теоретическая характеристика лямбда-диода. [1,с.183-197]; [3,c.268-277]; [6,c.38-56].

1. Схемы исследования

Лямбда-диод представляет из себя два полевых транзистора с управляющим p-n-переходом и каналами разного типа проводимости, соединенных по схеме, представленной на рис..2.4.1. Вольт-амперная харак­теристика такого соединения напоминает букву греческого алфавита l (лямбда).

При выполнении работы измеряются вольт-амперная характеристика лямбда-диода и выходные характеристики полевых транзисторов, из которых собран l -диод.

На рис.2.4.2 представлена схема для измерения семействе выходных характеристик полевого транзистора с p-n-переходом с каналом типа "р".

Она собирается на монтажном шасси универсального измерительного стенда с помощью комплекта соединительных проводов. Напряжение питания подается с блока 3 стенда. Напряжения Uси, Uзи и ток стока измеряются вынесенными стрелочными измерителями.

Схема для измерения прямой ветви вольт-амперной характеристики лямбда-диода представлена на рис.2.4.3.а; обратной ветви – на рис.2.4.3.б.

Схемы собираются на монтажном шасси с использованием трафарета, предназначенного для измерения прямой ветви вольт-амперной характеристики полупроводниковых диодов. Напряжение питания подается с блока 5. Пределы измерений измерительных приборов указаны в схемах (рис.2.4.3.а и 2.4.3.б).Схемы отличаются друг от друга только bkлючением лямбда-диода.

2. Порядок выполнения работы

2.1. Собрать схему, приведенную на pиc.2.4.2. Установить рукоятки регулировок напряжений в положение, соответствующее нулевому напряжению, - повернуть до упора против часовой стрелки. Предъявить схему для проверки.

2.2. Измерить выходные характеристики полевого транзистора с p-n переходом: I_c=f(U_си) при U_зи=const. Напряжение U_си изменять от 0 до 3 В о интервалом 0,2 В. Напряжение U_зи поддерживать постоянным, последовательно задавая ему значения 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 В и т.д. до напряжения отсечки (U_{зи отс} - такое напряжение U_зи, при котором ток стока становится равным нулю, если U_си¹0). Данные измерений занести в таблицу.

2.3. Собрать схему, приведенную на рис.2.4.3.а. Установить рукоятку регулировки напряжения в положение, соответствующее нулевому напряжению.

2.4. Измерить прямую ветвь вольт-амперной характеристики лямбда-диода. Напряжение источника менять от 0 до 3 В о интервалом 0,2 В. Данные измерений прямого тока записывать в таблицу.

2.5. Включить лямбда-диод в полярности, указанной на рис.2.4.3.б.

2.6. Измерить обратную ветвь вольт-амперной характеристики лямб­да-диода. Напряжение источника изменять от 0 до такого значения, при котором обратный ток достигнет значения 0,5 мА. Данные измерений обратного тока записывать в таблицу.

3. Обработка результатов измерений

3.1. Построить выходные характеристики полевого транзистора I_с=f(U_си) при U_зи= 0; 0,2; 0,4; 0,6;... U_{зи отс}. Плавной кривой соединить точки на характеристиках, удовлетворяющие условию U_зи=- U_си.

3.2. В предположении симметричности семейств выходных характеристик полевых транзисторов, образующих лямбда-диод (см.рис.2.4.1), справедливо соотношение

где U -приложенное к лямбда-диоду напряжение. Если "+" источника приложен к стоку транзистора VT₁, это напряжение называем положительным. Рост положительного напряжения сопровождается увеличением запирающего напряжения на затворах. В результате ток через лямбда-диод сначала возрастает, пока влияние сужения каналов незначительно, потом рост его замедляется и начинается спад. При U/2>½ U_{зи отс}½каналы в полевых транзисторов полностью перекрываются и ток через лямбда-диод прекращается.

При отрицательном внешнем напряжении (“-“ источника приложен к стоку транзисторе VT₁) ток лямбда-диода определяется открытыми электронно-дырочными переходами затворов.

3.3. Прямую и обратную ветви вольт-амперной характеристики лямбда-диода, измеренные экспериментально (пп.2.4, 2.6) строить на одном графике в одинаковом масштабе. На участке характеристики с отрица­тельным наклоном определять дифференциальное сопротивление

3.4. Аналогичное выражение для прямой ветви вольт-амперной характеристики лямбда-диода получается из уравнений для семейства вы­ходных характеристик полевого транзистора с управляющим p-n-переходом для ненасыщенного и насыщенного режимов работы путем подстановки.

3.5. Разработать блок-схему алгоритма вычисления теоретической вольт-амперной характеристики лямбда-диода, Текст программы записать на языке FORTRAN или BASIC.

3.6. Рассчитать на ЭВМ характеристику, задавая переменную X от 0 до 1 с интервалом 0,05.

4. Содержание отчета

Отчет должен содержать:

- наименование и цель работы;

- схемы измерений;

- таблицы измерений;

- вольт-амперную характеристику лямбда-диода, построенная на семействе выходных характеристик полевого транзистора.

- измеренную вольт-амперную характеристику лямбда-диода;

- блок-схему алгоритма вычисления теоретической характеристики, текст программы и график теоретической характеристики;

- выводы по работе.