Построение вольтамперной характеристики диода и измерения его параметров, страница 2

Сумма падения напряжения U_a на диоде и падения напряжения I_a × R_aна сопротивлении R_а равна напряжению источника питания E_а . Следовательно, если в координатах вольт-амперной характеристики построить график зависимости падения напряжения на сопротивлении R_a от величины протекающего через него тока, как показано на рис. 6, то значение тока, для которого справедливо уравнение (1.4), определится как ток в точке О. График зависимости падения напряжения на сопро­тивлении нагрузки R_aот тока диода I_а , назы­вается нагрузочной прямой или линией нагрузки для постоянного тока.

Крутизна линии нагрузки определится из рис. 6 как . Точка О, которая является одновременным решением двух уравнений, называется рабочей точкой в статическом режиме.

1.5. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка предназначена для изучения зависимости между током, протекающим в цепи анода вакуумного диода, и напряжением, приложенным к его электродам.

Схематично установку можно представить в виде трех блоков: блок питания, измерительный блок, ламповый блок (рис. 8).

 

Рис.8. Структурная схема лабораторной установки

Упрощенная принципиальная электрическая схема стенда, позволяющего реализовать цели лабораторной работы, представлена на рис.9. Электрическая принципиальная схема, реализованная в лабораторном стенде, отличается от типовой тем, что амперметр был заменен добавочным сопротивлением R_а (62 Ом) с параллельно включенным вольтметром V₂ . Это дает возможность в ходе выполнения лабораторной работы получить статическую и рабочую вольт-амперную характеристики вакуумного диода, а также позволяет защитить вакуумной лампу от перенапряжений и больших токов. Потенциометр R_па является частью блока питания.

Рис. 9. Схема электрическая принципиальная: а – типовая; б – лабораторного стенда

В качестве блока питания предлагается использовать источник постоянного тока Б5-47 и универсальный источник питания УИП-2. Основные технические характеристики этих приборов, которые задействованы в лабораторной установке, представлены в табл. 1.

Измерительный блок включает в себя два вольтметра. В роле вольтметра V₁ выступает ручной переключатель стабилизированного питающего напряжения U_c на лицевой панели прибора Б5-47.

Табл.1

В состав элементов лампового блока входят вакуумный диод 6Х2П, сопротивление R_а и выходные клеммы.

Правильное включение электронной вакуумной лампы можно осуществить в соответствии с цоколевкой вакуумного диода 6Х2П, представленного на рис. 10.

Рис. 10. Цоколевка вакуумного диода 6Х2П: 1, 5 – катод; 2, 7 – анод; 3, 4 – накал; 6 – разделительная сетка

Выходные клеммы лампового блока пронумерованы в соответствии с цоколевкой диода 6Х2П. В электрической схеме лабораторной установки задействована одна половина вакуумного диода – ножки 2, 3, 4, 5.

При проведении работы от студента требуется ответственное отношение к лабораторному оборудованию и соблюдение правил электробезопасности.

2. Практическая часть

Задание:     1.Построить ВАХ вакуумного диода 6Х2П.

                    2. Построить нагрузочную прямую.

3. Рассчитать параметры диода.

Прежде чем начать практическую часть работы, целесообразно повторить теоретический материал, полученный на практических занятиях. Студенту необходимо знать, в каких пределах допустимо менять напряжение на аноде лампы (т.е. знать максимально допустимое напряжение на аноде).

2.1. Порядок выполнения

1. Используя электрическую принципиальную схему (См. рис. 9 (б)), собрать установку.

2. Снять и графически представить статическую и рабочую ВАХ вакуумного диода 6Х2П.

3. Построить нагрузочную прямую.

4. Рассчитать параметры диода.

2.2. Порядок монтажа лабораторной установки

1. Установить наличие и нахождение в выключенном состоянии приборов УИП-2, Б5-47.

2. При помощи двух проводников подвести накальное напряжение от универсального источника питания УИП-2 к соответствующим клеммам лампового блока.*

3. При помощи двух проводников подвести анодное напряжение от источника постоянного тока Б5-47 к соответствующим клеммам лампового блока. **

4. При помощи двух проводников подключить вольтметр V₂ : один провод подвести к анодной клемме лампового блока, а другой – к клемме R_a.

____________________________

* Выходные клеммы лампового блока пронумерованы в соответствии с цоколевкой диода 6Х2П.

** Полярность подводимого напряжения должна обеспечивать открытое состояние диода.

2.3. Порядок включения лабораторной установки

1. Получить у преподавателя разрешение на включение лабораторной установки.

2. Убедиться, что все тумблеры приборов, используемых в лабораторной работе, находятся в положении «выкл.», а ручки грубой и плавной регулировки повернуты до упора против часовой стрелки.

3. Воткнуть вилки шнуров питания блоков Б5-47, УИП-2 и вольтметра в соответствующие свободные электрические розетки.

4. Включить поочереди тумблеры питания приборов.

2.4. Снятие ВАХ диода

Измерение зависимости между Е_а (вольтметр V₁) и U_R (вольтметр V₂) проводится, начиная с Е_а = 0 В, с шагом в 2 В. Запись результатов измерений заносятся в табл. 2. Снимая показания двух вольтметров и применив законы Ома и Кирхгофа, можно определить значения силы тока, протекающего в анодной цепи. По полученным данным строятся графики зависимости анодного тока (I_а) от напряжения (U_а) и анодного тока (I_а) от напряжения (Е_а= U_а+ U_R).

Табл.2

Показатель	Номер измерения
	1	2	3	4	5	6	7	8	***	n
Еа
UR
Uа
Ia

2.5. Построение нагрузочной прямой диода

Линия нагрузки строится на вольт-амперной характеристике. Так как наклон этой прямой определяется величиной сопротивления нагрузки, то ее называют нагрузочной. Ее можно построить по точкам ее пересечения с осями координат. Нагрузочная прямая пересекает ось абсцисс в точке U_а =Е_а, соответствующей напряжению источника питания, при котором предполагается рабочее использование диода, ось ординат — в точке  I_а = E_а / R_a (рис. 6, 7).

Точка пересечения вольт-амперной характеристики и линии на­грузки будет рабочей точкой в статическом режиме.

Построение нагрузочной прямой осуществляется в соответствии с вариантом задания (табл. 3).

Табл. 3

Показатель	Номер варианта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Еа	10	12	14	16	18	20	22	24	25	29,9

2.6. Расчет параметров диода

Статическое внутреннее сопротивление диода в рабочей точке ВАХ определяется согласно уравнению (1.1).

Динамическое внутреннее сопротивление диода определяется согласно уравнению (1.2).

Определяем Мощность Р рассеивания на аноде диода по постоянному току определяется путем перемножения значения напряжения и тока в рабочей точке.

Контрольные вопросы

1.  Что собой представляет пространственный заряд?

2.  Каковы ограничения тока диода?

3.  Какие основные электрические параметры диода вы знаете?

4.  Как строится нагрузочная прямая диода?

5.  Каким образом регулируется сила тока в анодной цепи электрической схемы лабораторной установки?

6.  От чего зависит сила тока в диоде?

7.  Каковы области применения диода?

8.  В каких пределах варьируются основные электрические параметры вакуумных диодов?