Исследование диодного стабилизатора напряжения

Лабораторная работа № 1

Применение полупроводниковых диодов.

Цель работы: исследовать работу полупроводниковых диодов в схемах выпрямителей, стабилизаторов напряжения.

Задачи исследования: исследовать диодный выпрямитель с активной нагрузкой, сфильтрующей емкостью, диодный стабилизатор напряжения.

Приборы и оборудование: Генератор синусоидального напряжения; источник постоянного тока; полупроводниковый диод; резисторы R_н = 3,3 кОм, R₁ = 22 Ом, R₂ = 4,7 кОм; конденсатор С_Ф=2,2мкФ.

Схема исследования:                                                                          Схема 2

Схема 1

Схема 3

 

 

Схема 4

     I_нm = U_нm / R_н                       (1)

r_дф = Δu / Δi                               (2)

Расчетные формулы:           K_ст = Δu_вх / Δu_вых                      (3)

I_н = U_ст/_Rн                                   (4)

E_min = U_ст + (I_{ст min} + I_н)R_огр     (5)

E_max = U_ст + (I_{ст max} + I_н)R_огр   (6)

Здесь I_ст.min и I_сm.max -- это значения тока, при которых сохраняется U_RH=U_сm.ном.

Принять:

I_{ст min} = 1 мА

I_{ст max} = 10 мА

R_огр = 1 кОм

R_н = 4,7 кОм

Исследование диодного выпрямителя с активной нагрузкой

Собрать схему (1). Установить на выходе генератора G напряжение U_Гm= 5 В; f_г= 800 Гц. Подключить оба входа осциллографа к выходу генератора и отрегулировать оба канала (установить одинаковую чувст­вительность). Переключить второй канал осциллографа на выход. Зарисовать осциллограммы U_Г и U_Н; отметить на графиках амплитуды напряже­ний. Рассчитать амплитуду тока в нагрузке I_нm по формуле (1) и рассчитать (графически) сред­нее значение выпрямленного тока I_н.ср., и отношение I_н.ср / I_нm.

Rн = 4,7 кОм        Uг = 5 В                           fг = 800 Гц

Осциллограммы:

Uг

Uн

Uнm = 1.5 В

Rн=4,7 кОм

Iнm = Uнm/Rн = 0.32 мА

Iнср = Iнm/  = 0,23 мА

Iнср/Iнm = 0.72

 

Исследование диодного выпрямителя с фильтрующей емкостью

Собрать схему (2). Зарисовать осциллограммы u_Г, u_Н,i_н.Измерить амплитуду выпрямленного тока I_нm. Рассчитать (графически) среднее значение выпрямленного тока в нагрузке I_н.ср. и отношение I_н.ср / I_нm.

               С = 2.2 мкФ R1 = 22 Ом

Осциллограммы:

Uг

Uн

Iнm = Uнm/Rн = 0.3 мА

Iнср = Iнm/  = 0.2 мА

Iнср/Iнm = 0.66

Исследование диодного стабилизатора напряжения

Собрать схему (3) и снять ВАХ стабилитрона в области обратных напря­жений. Измерить значение пробивного напряжения Uпp, соответствующего об­ратному току i_обр=100 мкА и номиналь­ного напряжения стабилизации U_ст.ном, при i_обр = I_ст.ном = 5мА. При U = U_ст.ном измерить диффе­ренциальное сопротивление стабилитрона (формула (2)) Пользуясь графиком ВАХ стабилитрона построить передаточную характеристику u_вых.=f(u_вх.) диодного стабилизатора напряжения, рассчитать ве­личину коэффициента стабилизации по формуле (3) в точке u_вых.=U_ст.ном.

Собрать схему (4) и измерить новое значение коэффициента стабилиза­ции.

Uвых = 0,72 В

Uвх, В	11,2	8,1	7,3	6,4	4,8	3,5
I, мА	8,91	7,10	6,29	5,6	4,1	3,1

 

 

 

При добавлении нагрузки:

Uвых = 0,72 В

Uвх, В	0,04	1,16	3,85	6,13	9,04	10,23
I, мА	-0,01	-0,44	-1,48	-2,36	-3,49	-3,95

 

R=4.7 кОм

Вывод:

Проведя данную лабораторную работу, мы исследовали работу полупроводниковых диодов в схемах выпрямителей, ограничителей. В исследовании выпрямителей с активной нагрузкой и фильтрующей емкостью, по соответствующим осциллограммам определили амплитуды u_г и u_н.

В ходе данной работы мы, также, выяснили принцип действия стабилитрона: на его ВАХ имеется участок, на котором напряжение практически не зависит от величины протекающего тока. Таким участком является участок электрического пробоя. Так как участок электрического пробоя – это обратное напряжение, то стабилитрон включается обратным включением. Таким образом, определяется основное назначение стабилитрона, т.е. поддержка постоянства напряжения при изменении тока через него от I_{ст min} до I_{ст max}.