Упражнение. Изучение выпрямителей на полупроводниковых диодах

Порядок выполнения

1. Используя стенд со сменными панелями, собрать поочередно схемы, соответствующие рис.9 и 11.

2. Подать на лабораторную панель переменное напряжение (8…10 В) от блока питания.

3. Пользуясь осциллографом, определить напряжение на входе U_АБ и на нагрузке U_н (сигнал следует подавать на открытый вход Y осциллографа; измерения проводить при неизменных выбранных значениях скорости горизонтальной развертки и положении луча по вертикали). Зарисовать полученные сигналы с указанием масштаба по напряжению и по времени.

4. Вычислить коэффициент полезного действия выпрямителя по формуле

.

Для этого, с помощью мультиметра в режиме вольтметра переменного напряжения, измерить эффективное значение входного напряжения U_{АБ эфф}, а затем, переключив мультиметр в режим вольтметра постоянного напряжения, измерить среднее значение напряжения на сопротивлении нагрузки U_{н ср}.

5. Подключить, соблюдая полярность, параллельно нагрузке конденсатор емкостью 2000 мкф ´ 50 В (расположен на дополнительной панели), повторить п.п.2, 3 и объяснить характер изменений.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое акцепторные и донорные примеси полупроводников?

2. Что такое основные и неосновные носители тока в примесных полупроводниках?

3. Как образуется запирающий слой в р–n - переходе?

4. Какая роль диффузного и дрейфового токов р–n - перехода?

5. Каким образом можно получить выпрямитель переменного тока с помощью полупроводника с р–n - переходом?

6. Объяснить работу выпрямительных схем.

7. Как зависит величина (амплитуда) пульсаций напряжения на нагрузке от величины сопротивления нагрузки при подключенном конденсаторе?

Лабораторная работа №6

определение удельного сопротивления нихромовой проволоки и измерение сопротивлений

Цель работы: измерение сопротивлений методом амперметра и вольтметра, а также с помощью мостовой схемы.

Приборы и принадлежности: лабораторный прибор с реохордом, магазин сопротивлений, соединительные проводники, набор сопротивлений.

Краткая теория

В повседневной практике часто приходится измерять сопротивления отдельных элементов электрической цепи, сопротивления заземления, сопротивления изоляции электрических установок, машин и аппаратов.

Существуют различные методы измерения электрических сопротивлений. Весьма распространенным и простым является метод амперметра и вольтметра, основанный на применении закона Ома:

R = U/I, (1)

где R – измеряемое сопротивление; U – напряжение на концах этого сопротивления; I – ток, протекающий через сопротивление.

Измерив ток, проходящий через сопротивление, и напряжение на нем, можно определить значение сопротивления.

Существуют две схемы включения приборов при измерении сопротивления методом амперметра и вольтметра (рис. 1а,б).

Рис. 1. Схемы включения приборов при измерении сопротивления методом амперметра и вольтметра.

При измерении R_x по первой схеме (рис.1а) показания приборов будут следующими:

U = U_А + U_x, I = I_x, (2)

где U_A = I_x×R_A – падение напряжения на амперметре, R_A – сопротивление амперметра, U_x – падение напряжения на сопротивлении R_x. Тогда, в соответствии с (1) и учитывая (2), получим:

. (3)

При этом относительная погрешность измерения составит величину

. (4)

Таким образом, первую схему (рис.1а) целесообразно применять в тех случаях, когда сопротивление R_A много меньше сопротивления R_x, т. е. при больших значениях R_x.

При проведении измерений по второй схеме (рис.1б) приборы будут показывать

U = U_x, , (5)

где R_V – сопротивление вольтметра. Разделив показания, получим:

. (6)

В этом случае относительная погрешность будет равна:

. (7)

Следовательно, вторую схему (рис.1б) целесообразно использовать в тех случаях, когда сопротивление R_x много меньше сопротивления вольтметра R_V, т. е. при малых значениях R_x.

Наиболее точным методом измерения сопротивлений (в диапазоне от 1 Ом до 100 кОм) является метод сравнения, при котором неизвестное измеряемое сопротивление сравнивают с тремя известными. Приборы, используемые при измерении сопротивлений методом сравнения, называют мостами постоянного и переменного тока, в зависимости от характера напряжения питания.

Рис.2. Электрическая схема моста постоянного тока.

Мост постоянного тока (часто называемый мостом Уитстона) в простейшем случае состоит из четырех резисторов R₁, R₂, R₃ и R₄, образующих две параллельные ветви, подключенные к источнику питания (рис.2).

В замкнутом четырехугольнике, образованном резисторами, различают плечи моста (сами резисторы) и диагонали, в которые включены индикатор нуля и источник питания. Если в диагонали моста, где включен индикатор нуля, ток отсутствует, то такой мост называется уравновешенным или сбалансированным.

Покажем, что условие равновесия определяется соотношением:

. (8)

Действительно, на основании второго закона Кирхгоффа для любого замкнутого контура сумма падений напряжений равна сумме электродвижущих сил:

Запишем это условие для контуров АВD и ВСD при равновесии моста (направление обхода по часовой стрелке):

I₁×R₁ – I₂×r₃ = 0,

I₁×R₂ – I₂×r₄ = 0.

Отсюда получаем условие (8), которое может служить для отыскания любого из четырех сопротивлений, включенных в плечи моста, если известны три других сопротивления.

Для прямого измерения сопротивлений также применяют омметры – магнитоэлектрические или электронные измерительные приборы, шкала которых проградуирована непосредственно в единицах сопротивления.

Практическая часть