Аналоговые устройства. Устройства на полупроводниковых диодах и транзисторах. Ампер-вольтная характеристика полупроводникового диода

АНАЛОГОВЫЕ УСТРОЙСТВА

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

          по курсу «Электротехника и электроника»   для студентов неэлектротехнических специальностей

Гомель  2009

Рекомендовано научно-методическим советом  машиностроительного факультета ГГТУ им. П. О. Сухого

В лабораторных работах исследуются: аналоговые электронные устройства на полупроводниковых диодах и транзисторах, усилители электрических колебаний, генераторы электрических колебаний, генераторы линейно-изменяющегося напряжения и преобразователь напряжения в частоту, частотные электрические фильтры. Даны необходимые теоретические сведения, задания для самостоятельной домашней подготовки, лабораторные задания, контрольные вопросы и требования к оформлению отчета.

Для студентов неэлектротехнических специальностей.

государственный технический университет имени П. О. Сухого», 2009

Введение

Электроника ныне охватывает и определяет все сферы деятельности человечества. Устройства сбора, обработки и передачи информации широко используются для управления, контроля технологических процессов. Устройства силовой электроники используются в электроприводе, электротермии, электротехнологии и т.д.

Усвоение базовой системы знаний в области электроники будущими инженерами неэлектротехнических специальностей расширяет научно-технических кругозор специалистов, положительно влияет на развитие логического образа мышления, позволяет быстрее адаптироваться на любом рабочем месте.

В формировании системы знаний,  умений и навыков в области электроники решающую роль играют лабораторные практикумы .

Лабораторные практикумы по электронике:

-  позволяют изучать принципы работы и характеристики наиболее часто применяемых электронных устройств;

-  развивают способности к активному самостоятельному творчеству и накоплению навыков работы с приборами и оборудованием, в процессе монтажа электронных устройств на специальном стенде, и анализа результатов.

Данный цикл лабораторных работ по курсу «Электротехника  и электроника» начинается с лабораторной работы № 2. Лабораторная работа № 1 является вводной при изучении аналоговых устройств.

Лабораторная работа № 2

Тема: Устройства на полупроводниковых диодах и транзисторах.

Цель работы:

-  изучить назначение, устройство и принцип работы электронных ключей, ограничителей амплитуды и усилителей, реализуемых на полупроводниковых диодах и транзисторах;

-  научиться правильно определять параметры элементов простейших электронных устройств, собирать эти устройства на монтажной панели стенда и экспериментально исследовать их работу с помощью измерительных приборов.

1. Краткие теоретические сведения

1.1 Диодные ключи

Применение диодов в качестве коммутирующих приборов в ключах обусловлено нелинейными свойствами диодов, определяемыми видом их ампер-вольтной характеристики рис. 2.1. 

Рис 2.1. Ампер-вольтная характеристика полупроводникового диода

Вследствие того, что ток, протекающий через диод при его прямом включении I_пр,  во много раз превышает I_обр при обратном включении, сопротивление p-n – перехода R_пр в первом случае близко к нулю (мало), а во втором случае R_обр >>R_пр (велико). В зависимости от способа подключения нагрузки различают схемы последовательного и параллельного ключей.

В схеме последовательного диодного ключа рис. 2.2а, резистор нагрузки R_н включается последовательно с диодом.

                        R_г               VD1

R_н

a)

Rд

2

                         б)                                                                                в)

Рис. 2.2. Схема последовательного ключа (а) его эквивалентная схема (б) и временные синхронизированные диаграммы напряжений (в)

Свойства ключа без учета переходных процессов удобно отображать с помощью статической характеристики передачи u₂ = f (u₁ ). Полагая, что внутреннее сопротивление источника входного напряжения равно нулю (R_г = 0), а сопротивление нагрузки бесконечно большое (R_н =∞), аппроксимируя АВХ диода линейноломанной линией и заменяя диод эквивалентным сопротивлением, приходим к эквивалентной схеме рис 2.2б, из которой следует

                                                                      u¹(t ) ⋅ R =     1                        ⋅u₁(t ).                           (2.1)

u₂(t ) =

                                                                    R_д + R          1+ Rд

R

Из (2.1) следует, что если резистор R выбран так, что сопротивление ^R_д.обр >> R >> ^R_д.пр, то при положительном напряжении на аноде, когда диод открыт (R_д → 0), выходное напряжение u₂ близко к напряжению на входе ключа, т.е. u₂ ≈ u₁. При смене полярности когда u₁ < 0, напряжение u₂ на выходе ключа будет стремиться к нулю

(^u₂ → 0) и будет тем меньше, чем больше R_д.обр. Временные синхронизированные диаграммы  напряжений на входе и выходе ключа приведены (для синусоидального входного напряжения) на рис. 2.2в. Напряжение u^'₂^' (t ) отвечает обратному включению диода VD1 (диод повернут анодом вправо).