Исследование периодических процессов в цепях с полупроводниковым диодом

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра “Теоретические основы электротехники”

Лабораторная работа № 34

“Исследование периодических процессов в цепях с полупроводниковым диодом”

Проверил:

Выполнил:

Михайлов Ю.А.                                                                                студент группы эс-605

Осипов В.Н.

Санкт-Петербург

2008

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы– изучение особенностей периодических процессов в цепях с нелинейными элементами. В качестве нелинейного элемента использован полупроводниковый диод.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Исследование периодических процессов при последовательном соединении диода с активной нагрузкой.
2. То же, с активно-емкостной нагрузкой.
3. То же, с активно-индуктивной нагрузкой.

Таблица 1

Характеристика измерительных приборов

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Одним из нелинейных элементов с несимметричной вольтамперной характеристикой (ВАХ) является полупроводниковый диод. На рис. 1 изображена ВАХ кремниевого диода В-200. В практических расчетах реальную харак­теристику часто заменяют идеализирован­ной, состоящей из прямолинейных отрез­ков. При этом процессы в цепи, содержащей нелинейный элемент, можно рассчитать методом кусочно-линейной аппроксимации.

Рис. 1

На рис. 2,а изображена характеристика идеализированного диода (ИД), сопротивление которого в проводящем состоянии равно нулю, в непроводящем – бесконеч­ности. На рис. 2,б представлена аппрокси­мация ВАХ диода при малых напряжениях (1...1,5 В). Согласно такой аппроксимации, ток в проводящем на­правлении начинает протекать при достижении на диоде положитель­ного напряжения, равного пороговому . Тангенс угла наклона  (рис. 2,б) пропорционален сопротивлению диода в прямом направле­нии (;  – дифференциальное сопротивление диода;  – масштабный коэффициент).

Рис. 2

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Работа выполняется по схеме на рис. 3.

Рис. 3

1. Исследование периодических процессов при последовательном соединении диода с активной нагрузкой

Выполнение первого пункта программы производится по схеме рис. 3,а при трех различных значениях сопротивлениях нагрузки. Результаты опыта занесены в таблицу 1.

Таблица 1

Результаты опыта с активной нагрузкой

Пример расчета (для 1 опыта):

 (Вт);

 (ВА);

.

2. Исследование периодических процессов при последовательном соединении диода с активно-емкостной нагрузкой

Выполнение второго пункта программы производится при том же входном напряжении для двух пар значений сопротивления и емкости по схеме рис. 1,б. Результаты опыта занесены в таблицу 2.

Таблица 2

Результаты опыта с активно-емкостной нагрузкой

№ п/п	Данные наблюдений								Данные расчета
	, В	, А	, Вт	, Ом	, мкФ	, с	, с	, с	, ВА		, с
1	6,7	0,017	0,1	276	30	8,5	12	---	0,114	0,878	0,499
2	6,7	0,0135	0,075	276	10	8,5	20	1,5	0,090	0,829	0,593

Пример расчета (для 1 опыта):

 (ВА);

;

 (рад);

 (с).

3. Исследование периодических процессов при последовательном соединении диода с активно-индуктивной нагрузкой

Третий пункт программы выполняется по схеме рис. 1,в при одном значении сопротивления нагрузки и двух значениях индуктивности. Результаты опыта занесены в таблицу 3.

Таблица 3

Результаты опыта с активно-индуктивной нагрузкой

На рис. 4 и 5 представлены временные диаграммы для каждого опыта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При работе диода на активную нагрузку получается пульсирующий ток и напряжения. Данный пульсирующий ток можно сгладить, применяя либо емкостную нагрузку, либо индуктивную нагрузку.

При активной нагрузке все процессы происходят мгновенно, а, следовательно, кривые тока и напряжения представляют собой полупериод синусоиды.

При емкостной нагрузке пульсации сглаживаются в результате разряда конденсатора в момент запирания диода.

При индуктивной нагрузке пульсации сглаживаются в результате отдачи энергии, накопленной индуктивностью, в закрытый для диода полупериод.