Описание лабораторной установки. Лабораторная работа выполняется на стенде «Основы электроники» (моноблочный вариант)

Лабораторная работа выполняется на стенде «Основы электроники» (моноблочный вариант). Для проведения работы используется оборудование стенда: модуль «Источник питания», модуль измерительных приборов, модуль «Диоды и тиристоры» и регулятор напряжения RP2. На рис. 1.9, 1.11, 1.13 представлены передние панели лабораторных модулей.

Источник питания предназначен для подачи с помощью соединительных проводов низковольтных постоянных напряжений «+12 В» и «-12 В», и переменного напряжения «~ 12 В» на модули моноблока. Лицевая панель модуля «Источник питания» кроме выключателя «Сеть» содержит световую индикацию зеленого света нормального режима работы моноблока и гнезда для подключения проводов.

Модуль измерительных приборов включает стрелочные миллиамперметры для измерения постоянного тока: PA1 – с пределом измерения «1 мА»; PA2 – с пределом измерения «100 мА»; и цифровые вольтметры PV1 и PV2 для измерения постоянного «=» и переменного «~» напряжений с пределом измерения «20 В».

Переключение режима измерения постоянного/переменного напряжения для вольтметров PV1 и PV2 осуществляется тумблером, а индикация переменного напряжения сигнализируется светодиодом над тумблером.

На рабочем поле модуля «Диоды и тиристоры» изображены мнемосхемы исследуемых элементов, установлены гнёзда для подключения измерительных приборов и соединительных проводников. В лабораторной работе исследуются выпрямительный диод VD1, стабилитрон VD4 и тиристор VS1.

В качестве регулятора напряжения используется переменный резистор PR2, имеющий сопротивление 150 Ом и токоограничительное сопротивление R₂=1 кОм .

Расчетное задание

4.1. Изучить темы курса электроники: «Электронно-дырочный переход», «Полупроводниковые диоды», «Тиристоры», содержание данной лабораторной работы и подготовить ответы на контрольные вопросы.

4.2. Привести основные параметры исследуемых полупроводниковых приборов

4.2.1. Выпрямительный диод

Таблица 1.1

Тип прибора	IN 407
Прямой выпрямительный ток, А
Постоянное обратное напряжение, В
Постоянное прямое напряжение, В	0,6–0,8

4.2.2. Полупроводниковый стабилитрон

Таблица 1.2

Тип прибора	КС 168 А
Напряжение стабилизации, Uст, В	6,12–7,48
Минимальный ток стабилизации, Iст.min, мА
Максимальный ток стабилизации, Iст.max, мА
Максимальна рассеиваемая мощность, Рmax, мВт

4.2.3. Полупроводниковый тиристор

Таблица 1.3

Тип прибора	КУ 202 М
Максимальное значение прямого тока	10 А
Максимальное значение обратного напряжения	400 В
Управляющий ток включения	300 мА
Напряжение прямого включения	0,6 В

4.3. Для каждого исследуемого прибора нарисовать принципиальные электрические схемы экспериментов. На схемах указать все измеряемые токи и напряжения.

4.4. Нарисовать все таблицы для записи результатов измерений

Экспериментальная часть

5.1. Экспериментальное исследование выпрямительного диода

5.1.1. В соответствии с принципиальной электрической схемой (рис. 1.8) собрать монтажную схему (рис. 1.9) для исследования выпрямительного диода на постоянном токе. Для измерения анодного тока включить миллиамперметр с пределом измерения «100 мА». Для измерения анодного напряжения включить вольтметр PV1 в режиме измерения постоянного напряжения «=». Предъявить схему для проверки преподавателю.

5.1.2. Включить электропитание стенда выключателем «Сеть». Снять вольтамперную характеристику (ВАХ) выпрямительного диода для прямой ветви. Для этого, увеличивая входное напряжение с помощью потенциометра R_н от 0, измерить ток I_пр и напряжение U_пр на диоде. Результаты измерений занести в табл. 1.4. Выключить электропитание. Установить потенциометр R_н в нулевое положение.

5.1.3. Для снятия обратной ветви ВАХ диода монтажную схему (см. рис. 1.9) переделать согласно электрической схемы на рис 1.8.б. Гнездо ХЗ потенциометра RP2 переключить на «-12 В» источника питания. Миллиамперметр на «100 мА» заменить миллиамперметром на «1 мА», поменяв полярность его подключения. Включить электропитание стенда. Изменяя с помощью потенциометра R_н входное напряжение от 0, измерить ток I_обр и напряжение U_обр на диоде. Результаты измерений занести в табл. 1.5. Выключить электропитание стенда.

Таблица 1.4

Uпр, В
Iпр, мА

Таблица 1.5

Uобр, В
Iобр, мА

а)

б)

Рис. 1.8. Электрическая схема снятия прямой (а)

и обратной (б) ветвей ВАХ диода.

Рис. 1.9. Монтажная схема эксперимента

5.2 .Экспериментальное исследование стабилитрона

5.2.1. Для снятия ВАХ стабилитрона собрать монтажную схему (рис. 1.11) в соответствии с принципиальной электрической схемой рис. 1.10. Для измерения тока стабилитрона I_ст включить миллиамперметр mA с пределом измерения «100 мА». Для измерения U_ст на стабилитроне включить вольтметр PV1 в режиме измерения постоянного напряжения «=». На гнездо ХЗ потенциометра RP2 подать с источника питания напряжение U_п = +12 В. Потенциометр RP2 установить в нулевое положение. Предъявить схему для проверки преподавателю.

5.2.2. Включить электропитание стенда выключателем «Сеть». Снять вольтамперную характеристику (ВАХ) стабилитрона на прямой ветви. Для этого увеличивая входное напряжение U_вх с потенциометра RP2 от U_вх=0, измерить ток I_ст=I_пр и напряжение U_ст=U_пр на стабилитроне. Результаты измерений занести в табл. 1.6. Выключить электропитание. Установить потенциометр RP2 в нулевое положение.

5.2.3. Для снятия обратной (рабочей) ветви ВАХ стабилитрона необходимо переделать исходную монтажную схему (см. рис.1.11). На гнездо ХЗ потенциометра RP2 подать с источника питания напряжение U_п = -12 В. Миллиамперметр mA на «100 мА» заменить миллиамперметром на «1 мА», поменяв полярность его подключения.

Включить электропитание стенда. Изменяя с помощью потенциометра RP2 входное напряжение от U_вх=0, измерить ток I_ст=I_обр и напряжение U_ст=U_обр на стабилитроне. Результаты измерений занести в табл. 1.7. Выключить электропитание. Установить потенциометр RP2 в нулевое положение.

Таблица 1.6

Uпр, В
Iпр, мА

Таблица 1.7

Uобр, В
Iобр, мА

Рис. 1.10. Электрическая схема снятия ВАХ стабилитрона

5.2.4. Для исследования схемы параметрического стабилизатора напряжения в соответствие с принципиальной электрической схемой (рис.1.12) собрать монтажную схему (рис.1.13). Так же как в схеме опыта пункта 5.2.3 напряжение питания U_п = -12 В. Миллиамперметр на «1 мА», заменить миллиамперметром на «100 мА». К гнездам «−» миллиамперметра и «┴» источника питания подключается второй вольтметр PV2 в режиме измерения постоянного напряжения «=» для измерения входного напряжения U_вх. Полученная схема является схемой параметрического стабилизатора (рис. 1.12), включенной в режим холостого хода (R_н→∞).

Включить электропитание стенда. Изменяя с помощью потенциометра RP2 входное напряжение от U_вх=0 до U_{вх max}, измерить значения тока I_ст=I_вх и напряжение U_ст=U_н и величину входного напряжения U_вх. Результаты измерений занести в табл. 1.8. Выключить электропитание стенда.

Таблица 1.8

Uвх, В
Uст, В
Iст, мА

Рис. 1.11. Монтажная схема эксперимента

Рис. 1.12. Электрическая схема исследования параметрического стабилизатора напряжения

5.3. Экспериментальное исследование тиристора

5.3.1. Для исследования работы тиристора на постоянном токе собрать монтажную схему (рис. 1.15) в соответствии с принципиальной электрической схемой (рис. 1.14). Миллиамперметр РА1 на пределе «1 мА» для измерения тока управления I_у включить между гнездом Х5 и управляющим электродом тиристора VS1. Миллиамперметр РА2 на пределе «100 мА» для измерения тока тиристора I_d включить между гнездами Х25 и «+12 В» источника питания. Вольтметры PV1 и PV2 в режиме измерения постоянного напряжения «=» включить в цепь управления для измерения напряжения управления U_у и в цепь тиристора между гнездами Х4–Х11 для измерения напряжения на тиристоре U_т. Напряжение «+12 В» с источника питания подается на гнездо Х3 потенциометра PR2 и через миллиамперметр PA2 и нагрузку R_н запитывает тиристор VS1. Предъявить схему для проверки преподавателю.

Рис. 1.13. Монтажная схема эксперимента

5.3.2. Определить параметры цепи при нахождении тиристора в закрытом состоянии. Потенциометр RP2 установить в нулевое положение. Включить электропитание стенда выключателем «Сеть». Занести показания всех приборов в табл. 1.9. Вольтметр PV2 подключить к гнездам «+12» и «┴» источника питания и измерить напряжение источника питания U_п. Затем переключить мультиметр PV2 на гнезда Х25–Х26 и измерить напряжение на нагрузке U_d. Значения U_п и U_d занести в табл. 1.9 в графу «Тиристор закрыт». Вольтметр PV2 переключить в исходное состояние на тиристор VS1.

Рис. 1.14. Схема для исследования тиристора на постоянном токе

Рис. 1.15. Монтажная схема эксперимента

5.3.3. Для определения условий включения (открытия) тиристора потенциометром RP2 плавно увеличить напряжение управления U_у (вольтметр PV1), а, следовательно и ток управления I_у (миллиамперметр РА1), и зафиксировать при каких значениях U_у и I_у цепи управления тиристор включится. Момент включения тиристора можно определить по резкому уменьшению напряжения на тиристоре U_т (вольтметр PV2) и увеличению тока тиристора I_d (миллиамперметр РА2). По показанию вольтметра PV2 зафиксировать падение напряжения на открытом тиристоре U_т=U_пр. Переключить вольтметр PV2 на нагрузку R_н (гнезда Х25–Х26) и измерить напряжение на нагрузке U_d. Переключить вольтметр PV2 на гнезда («+12 В» –«┴») и измерить напряжение источника питания U_п. Результаты измерений занести в табл. 1.9 в графу «Тиристор открыт».

Таблица 1.9

Параметр   Режим	Iу мА	Uу В	Id мА	Ud В	Uт В	Uп В
Тиристор закрыт
Тиристор открыт

5.3.4. Определить условия выключения (закрытия) тиристора. На включенном тиристоре (пункт 5.3.3) с помощью потенциометра RP2 уменьшить до нуля ток управления (I_у=0). Обратить внимание, что тиристор остался открытым, т.к. ток в цепи тиристора I_d и напряжение на нагрузке U_d остались неизменными.

Для отключения тиристора разорвать цепь тиристора, отключив для этого контакт Х25. В этом случае I_d=0, U_d=0, тиристор закрылся. Снова замкнуть контакт Х25 и убедиться, что тиристор остался закрытым, т.к. I_d=0, U_d=0. Переключить вольтметр PV2 в цепь тиристора. Как и в пункте 5.3.2 на тиристоре появится напряжение U_т=U_п. Выключить электропитание модуля и стенда.