Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра комплексной информационной безопасности электронно-вычислительных систем (КИБЭВС)

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО ДИОДА

Отчет по практической работе №1

по дисциплине «Электроника и схемотехника»

Вариант №7

Студент гр. 739-1 __ _____ Климанов М. Д. 25.09.2020 Принял Руководитель Доцент БИС _______ Мальчуков А.Н. 25.09.2020

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью данной практической работы является снятие и анализ вольтамперных характеристик полупроводникового выпрямительного диода.

Постановка задачи

В ходе данной практической работы требуется выполнить следующие задачи:

1. Получить значения напряжений на диоде при прямом и обратном смещениях при помощи мультиметра и вычислить ток диода при прямом и обратном смещениях.

2. Получить значение тока диода при прямом и обратном смещениях.

3. Построить прямую ветви ВАХ диода и получить значеня Uпр, Iпр, вычислить Rc при последовательном установлении значений источника питания от 5 до 0 В.

4. Построить обратную ветвь ВАХ диода и получить значене Uоб, Iоб, вычислить Rc при последовательном установлении значений источника питания от 0 до -15 В с учетом пробивного напряжения диода.

5. Построить графики Iпр(Uпр) и Iоб(Uоб) по полученным данным.

6. Вычислить Rд в рабочих точках Iпр = 4 мА, Iпр = 0,4 мА, Iпр = 0,2 мА и в точке Uобр = -5 В.

7. Определить напряжение изгиба по ВАХ.

8. Определить напряжение изгиба с помощью осциллографа.

1. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ С МУЛЬТИМЕТРОМ

Напряжение на диоде при прямом смещении равен: Uпр = 651мV

Рисунок 1.1 – Показания мультиметра

Напряжение на диоде при обратном смещении: Uоб = -5V

Рисунок 1.2 – Показания мультиметра

Вычисление тока диода:

Iпр = (E-Uпр)/R = (5-0.651)/1000 = 0.004349A = 4.349мА

Iоб = (E-Uоб)/R = (-5-(-5))/1000 = 0А

Ток на диоде при прямом смещении: Iпр = 4,3490мА

Рисунок 1.3 – Показания мультиметра

Ток на диоде при обратном смещении: Iоб = 0А.

Рисунок 1.4 – Показания мультиметра

Значения, произведенные по формулам, совпадают с экспериментальными показаниями мультиметра.

2. ПОСТРОЕНИЕ ВЕТВЕЙ ВАХ

Схема с источником питания в 5 В выглядит следующим образом:

Рисунок 2.1 – Прямая ветвь ВАХ при E = 5 В

В таблице 2.1 представлены значения Uпр, Iпр и вычисленное Rc при установлении значений источника питания: 5 В, 4 В, 3 В, 2 В, 1.7 В, 1.5 В, 1.2 В, 1 В, 0.9 В, 0.8 В, 0.7 В, 0.6 В, 0.5 В, 0.4 В, 0 В.

E, В	Uпр	Iпр	Rс, Ом
5	651мV	4.349мА	0,14968 ОМ
4	640.3мV	3.360мА	0,19056 ОМ
3	627.4мV	2.373мА	0,26439 ОМ
2	609.6мV	1.390мА	0,43856 ОМ
1	575.1мV	424.9мкА	1,34055 ОМ
0,9	568.3мV	331.7мкА	1,71329 ОМ
0,8	559.6мV	240,4мкА	2,32778 ОМ
0,7	547.4 мV	152.6мкА	3,58715 ОМ
0,6	527.7мV	72.3мкА	7,29875 ОМ
0,5	485.4мV	14.6мкА	33,24657 ОМ
0,4	399.1мV	0.902мкА	442,46119 ОМ
0,3	299.7мV	0.31мкА	966,77419 ОМ
0,2	199.8мV	0.2мкА	999,000 ОМ
0,1	99.9мV	0.1мкА	999,000 ОМ
0	0	0	0

Таблица 2.1 – ВАХ при прямом смещении

Рисунок 2.2 – Прямая ветвь ВАХ при Е=0,,9 В

Рисунок 2.3 – Прямая ветвь ВАХ при Е=0,1 В

В таблице 2.2 представлены значения Uоб, Iоб и вычисленное Rс при установлении значений источника питания:0, -4 В, -5 В, -6 В, -10 В, -15 В, -30 В, -45 В, -60 В, -75 В, -90 В, -101 В, -101,1 В, -101,2 В, -101,3 В, -101.4 В, -101.5 В , -101.6 В.

E, В	Uобр	Iобр	Rc, Ом
0	0	0	0
-4	-3.996V	-3.996мкА	1*10^6
-5	-4.995V	-4.995мкА	1*10^6
-6	-5.994V	-5.994мкА	1*10^6
-10	-9.99V	-9.99мкА	1*10^6
-15	-14.98V	-14.98мкА	1*10^6
-30	-29,97V	-29,97мкА	1*10^6

Продолжение таблицы 2.2

-45	-44.95V	-44.95мкА	1*10^6
-60	-59.94V	-59.94мкА	1*10^6
-75	-74.92V	-74.92мкА	1*10^6
-90	-89.91V	-89.91мкА	1*10^6
-101	-99.90V	-99.90мкА	1*10^6
-101,1	-100.6V	-431.7мкА	0,23*10^6
-101,2	-100.6V	-524.9мкА	0,19*10^6
-101,3	-100.6V	-619.4мкА	0,16*10^6
-101,4	-100.6V	-714.6мкА	0,14*10^6
-101,5	-100.6V	-810.5мкА	0,12*10^6
-101,6	-100.6V	-906.8мкА	0,11*10^6
-101,7	-100.6V	-1.003мА	100,29*10^3

Таблица 2.2 – ВАХ при обратном смещении

Рисунок 2.4 – Обратная ветвь ВАХ при Е=-90 В

Рисунок 2.5 – Обратная ветвь ВАХ при Е=-101,1 В

Рисунок 2.6 – График прямой ветви ВАХ

Рисунок 2.7 – График обратной ветви ВАХ

Вычисление Rд диода:

Rд1 = dU/dI = (4.349-3.360)/(651-627.4) = 0.041Ом

Rд2 = dU/dI = (424.9-331.7)/(575.1-568.3) = 13.705 Ом

Rд3 = dU/dI = (0.31-0.1)/(299.7-99.9) = 0.00105 Ом

Rд4 = dU/dI = (-3.996-5.994)/( -3.996-5.994) = 1*10^6 Ом

Проанализировав график прямой ветви ВАХ на рисунке 2.6, было определенно напряжение изгиба, и оно примерно равно 550*10^-3 В.

3. ВАХ НА ОСЦИЛЛОГРАФЕ

Схема для исследования ВАХ диода 1N4449 при помощи осциллографа выглядит таким образом:

Рисунок 3.1 – Электрическая цепь для получения ВАХ

С помощью осциллографа была получена ВАХ выпрямительного диода, график которого представлен на рисунке 3.1.

Рисунок 3.2 – ВАХ на осциллографе

Значение напряжения изгиба, полученное экспериментально, равное примерно 1,1*500 = 550мВ, полностью совпадает с тем, что было получено из графика прямой ветви ВАХ, что показывает верность выполнения измерений.

ВЫВОДЫ

Для достижения поставленной задачи было проведено множество опытов. Используя мультиметр были получены значения напряжений на диоде при прямом и обратном смещениях, и вычислены силы тока диода при прямом и обратном смещениях.

Далее, используя вольтметр и амперметр, были получены значения силы тока и напряжения, при прямом и обратном смещениях с разными значениями источника питания ЭДС напряжения. С помощью полученных измерений были простроены графики прямой и обратной ветви ВАХ, и найдено напряжение изгиба по первому графику.

Также с помощью осциллографа, был получен график ВАХ, который, в свою очередь, совпадает с тем, который был построен на измерениях и также получено значение напряжение изгиба, оно совпало с тем, что было найдено по графику.

Все вычисления подтверждаются экспериментально, некоторые данные совпадают с испытательными, такие как напряжение изгиба. Это все показывает правильность выполненной работы и получены верные результаты.

Томск 2020