Изучение режимов работы диодов и транзисторов в электронных схемах
Изучение режимов работы диодов и транзисторов в электронных схемах
Данные методические указания издаются в
соответствии с учебным планом. Рассмотрены и одобрены кафедрой ИУ-6 21,12.87г.-методической
комиссией факультета ИУ 23.12.87 г. и учебно-мето-дическим управлением 08.01.88
г.
Рецензент к.т.н. доц. Меньков А.В.
Московское высшее техническое училище
имена Н.Э.Баумана
Цель лабораторного практикума - изучение
режимов работы диодов и транзисторов в электронных схемах, установление связи
между параметрами указанных приборов и параметрами электронных схем, в которых
они работают.
Содержание
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ........................................... 2
Работа №1. ДИОДЫ В ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ....................................................... 2
Работа № 2. ТРИ Схемы ВКлючения ТРАНзистора.......................................... 8
Работа № 3. ключевой
РЕжим РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА.................................. 14
Работа №4. УНИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР В
ШИРОКОПОЛОСНОМ УСИЛИТЕЛЬНОМ КАСКАДЕ С RC –СВЯЗЯМИ.......................................................................................................... 18
Редактор Н.Г.Ковалевская Корректор Л.И.Малютина
Отчеты по проведенным лабораторным
работам должны включать:
1. Наименование работы.
2. Чертеж принципиальной схемы макета лабораторной
работы.
3. Дня каждого этапа выполняемой работы –
наименование этапа и результаты (в форме таблиц, графиков, зарисовок
осциллограмм).
4. Краткие выводы
по рабе те в целом.
Цель работы
- исследование характеристик и параметров
выпрямительных
схем и стабилизаторов напряжения. Продолжительность работы - 3,5 часа.
Теоретическая часть
Электронные приборы и устройства требуют для своего
питания стабильного напряжения постоянного тока. В большинстве практических
случаев такое напряжение получают из переменного напряжения сети с помощью
вторичных источников питания, включающих выпрямитель сетевого напряжения, сглаживающий
фильтр и стабилизатор напряжения (рис. I).
Рис.1 Структурная схема вторичного источника
питания
В состав выпрямителя обычно входят:
силовой трансформатор, предназначен для получения необходимых величин
переменного напряжения
из напряжения сети, а также для гальванической
развязки с сетью;
вентильная группа (чаще всего полупроводниковые диоды), преобразующая
напряжение переменного тока в пульсирующее напряжение постоянного тока;
емкостная нагрузка вентильной группы,
представляющая собой конденсатор относительно большой емкости, который можно
также рассматривать как простой емкостный сглаживающий фильтр. Сглаживающий
фильтр, подключаемый к выходу выпрямителя, уменьшает пульсации выходного
напряжения.
Если к выходному напряжению
предъявляются высокие требования по стабильности при колебаниях напряжения сети
и тока нагрузки, то в источник питания вводится стабилизатор напряжения.
На рис. 2а представлена схема
однополупериодного выпрямителя с полупроводниковым выпрямительным диодом
V.
Как известно, вольтамперная характеристика (BAX) выпрямительного диода имеет
вид, представленный на рис. 3. Для упрощения практических расчетов ее часто
представляют на основе кусочно-линейной аппроксимации двумя .участками прямых
АВ
и
ВС , причем
АВ идет по оси абсцисс, а наклон
ВС
определяется средним, прямым сопротивлением диода
. С целью дальнейшего
упрощения иногда принимают
UgH » 0 и тогда точка В
смещается в начало координат. Как следует
из такой аппроксимация
ВАX, диод представляют элементом с односторонней проводимостью,
его внутреннее сопротивление на участке
ВА стремится к бесконечности,
а на участке
ВС сравнительно мало.
Рис. 2. Схемы выпрямителей: а -
однополупериодного, б – двухполупериодного (мостового)
На рис. 4 приведены временные диаграммы напряжений и токов в
выпрямителе, работающем на емкостную нагрузку. В интервале времени
t2
– t1, соответствующем изменению фазового угла
wt2
– wt1, диод открыт и через него протекают токи нагрузки и заряда конденсатора
С . Постоянная времени заряда
tзар = С(RH
||Rпот), где сопротивление потерь
Rпот = Rпр.ср.+Rтр (
Rтр - активное сопротивление потерь трансформатора). Практически всегда
Rпот £ RH и
tзар @ С(RH
||Rпот. В остальную часть периода диод закрыт. В течение этого времени
конденсатор разряжается
tразр
» С(RH
||Rобр+Rтр)).
Поскольку у правильно выбранных диодов их обратное
сопротивление
Rобр³
Rтр+RH, постоянная времени разряда
tразр » СRH
и
t разр <<tзар
-т.е. процессы заряда и разряда конденсатора
С идут с
разной скоростью. Следовательно, появляется постоянная составляющая напряжения
Uc , на диоде обратное напряжение .может
достигать величины
Uобр=2U2m. Поэтому диод выбирают с
Uобр.макс>2U2m. Фазовый угол, в течение которого диод
открыт, обозначается
2q=wt2-wt1, где
q - угол отсечка. Чем меньше
q . тем больше
U0 и меньше
пульсации. Поэтому
q желательно уменьшать.
В установившемся режиме площади под
кривыми тока заряда конденсатора
Jсз и тока разряда
Jcр одинаковы.
Основные расчетные параметры выпрямителя являются функциями коэффициента , где
m=1 для однополупериодного и
m = 2 для двухполупериодного выпрямителей.
С помощью этого параметра определяют
необходимые значения:
Jm - максимального
импульса тока через диод;
J2 - действующего значения тока вторичной обмотки трансформатора;
E2 -
действующего значения ЭДС вторичной обмотки.
С помощью коэффициента
A(q) при расчетах определяют
и коэффициент
пульсаций, равный отношению напряжения первой гармоники к постоянной
составляющей выпрямленного напряжения
U0'
.
Выходное сопротивление , где
DU0
и
DJ0,
находят по
нагрузочной характеристике источника
U0=f(J0);
U0 и
J0 - напряжение и ток нагрузки.
На рис. 26 приведена схема
двухполупериодного мостового
выпрямителя. Ее особенностью является то,
что за период через диоды протекают два импульса тока. В одном полупериоде ток
течет через диода
V2 и
V3 (пунктирные стрелки), в другом – через диоды
V1 и
V4. Частота пульсаций выше в два раза, а величина их
меньше. Обратное напряжение на диодах ниже в две раза
Uобр.макс>2U2m по
сравнению с однополупериодной схемой. Еще одной особенностью этой схемы является
отсутствие в трансформаторе постоянного подмагничивания, так как ток вторичной
обмотки в полупериодах протекает в противоположных направлениях.
Для уменьшения пульсации выходного
напряжения между выпрямителем и нагрузкой часто включают сглаживающий фильтр.
Качество сглаживания определяется коэффициентом сглаживания, равным отношению
коэффициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на его выходе
Например, простой
LC -фильтр, представляющий собой последовательно о нагрузкой включенный
дроссель и параллельно c нагрузкой включенный конденсатор, существенно уменьшает пульсации, поскольку для
постоянной составляющей
U0 сопротивление
дросселя близко к 0, а конденсатора - к бесконечности, для пульсирующей - наоборот,
поэтому постоянная составляющая проходит через фильтр практически без
изменений, а пульсирующая существенно уменьшается.
Использование электронного стабилизатора
позволяет значительно уменьшить кп, Rвых, а также зависимость
U0 от колебаний напряжения сети и тока
нагрузки. Качество стабилизации оценивается коэффициентом стабилизации при
постоянном токе нагрузки
где
DUвых - приращение
U0 при изменении
Uвх на
величину
DUвх ;
Uвх.ном ;
Uвых.ном
- номинальные значения напряжений.
Рис. 5.
Параметрический стабилизатор (а) и вольт-амперная характеристика стабилитрона
(б)
Простейшим электронным стабилизатором
является параметрический стабилизатор (рис. 5а), состоящий из балластного
сопротивления
Rб и стабилитрона. Он устанавливается в
источнике питания между нагрузкой и выпрямителем со сглаживающим фильтром, если
таковой имеется. В этой схеме используется свойство обратно смещенного
стабилитрона сохранять напряжение в области пробоя практически неизменным при
значительных избиениях протекающего через него тока (рис. 56, обратная ветвь
ВДХ стабилитрона в области
Uст). При отклонении
Uвх от номинального значения почти все приращение
входного напряжения падает на
Rб , а выходное напряжение
практически не меняется. При изменении тока нагрузки
J2
(
Uвх – const) перераспределение тока между стабилитроном и нагрузкой (изменяется
Jcт ) почти без изменения
общего тока
J1 . Следовательно, напряжение на нагрузке остается практически постоянным.
Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора определяется по
формуле
где
rg - динамическое сопротивление
стабилитрона.
Выходное сопротивление стабилизатора
Rвых=Rб||rg»rg так
как
rg<<Rб.
Описание макета
Макет, схема которого представлена
на
рис. 6, включает:
- выпрямитель,
который в зависимости от положения переключателя BI может
работать по однополупериодной или мостовой схеме;
- LC –фильтр /
L1,C2/;
- параметрический
стабилизатор
/R2,V6/;
'
-
контрольно-измерительные приборы
(I1, V2);
- дискретно
изменяющуюся нагрузку
(R3,R4,R5,R6);
- емкостную
нагрузку (
CI).
Риc.6. Схема макета
лабораторной работы №1
Задание
1. Исследовать работу однополупериодной и
двухполупериодной схем выпрямителя для случаев:
активной нагрузки;
емкостной нагрузки;
зарисовать форму
выходного напряжения, а также форму тока, протекающего через диод.
2. Определить с
помощью осциллографа угол отсечки
q и коэффициент пульсаций
кп
для одно- и двухполупериодной схем.
3. Исследовать
сглаживающее действие фильтра LC при одно- и
двухполупериодном выпрямлении. Определить коэффициенты сглаживания.
Страницы: 1, 2, 3
