instrukcja nr 1 - PB Wydział Elektryczny

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA
WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY
KATEDRA AUTOMATYKI I ELEKTRONIKI
1. Wybrane zastosowania diod półprzewodnikowych
Materiały pomocnicze do pracowni specjalistycznej z przedmiotu:
Systemy CAD w elektronice
TS1C422 380
Opracował: dr inż. Andrzej Karpiuk
Białystok 2013
Wybrane zastosowania diod półprzewodnikowych
1. Wykreślić charakterystykę prądowo-napięciową diody prostowniczej 1N4002 (model D1N4002)
- analiza stałoprądowa DC Sweep.
a) Swept Var. Type:
Voltage Source
Sweep type: linear
Start Value
End Value
Increment
0
0.85 V
0.1 V
b) Swept Var. Type:
Voltage Source
Sweep type: linear
Start Value
End Value
Increment
0
0.85 V
1 mV
Wyjaśnić różnice w kształcie charakterystyk oraz wartościach prądów.
Uwaga! W laboratorium w takim układzie należy ustawić ograniczenie prądowe w zasilaczu.
Na podstawie charakterystyki z punktu b) określić rezystancję statyczną Rs oraz rezystancję dynamiczną rd diody przy prądzie diody równym 50 mA (wykorzystać kursory).
Rs =
Ud
Id
rd =
∆U d
∆I d
2. Wykreślić charakterystykę prądowo-napięciową diody prostowniczej 1N4002 (model D1N4002)
- analiza stałoprądowa DC Sweep.
a)
Swept Var. Type:
Current Source
Sweep type: decade
Start Value
End Value
Pts/decade
10 nA
100 mA
1000
b)
Swept Var. Type:
Current Source
Sweep type: linear
Start Value
End Value
Increment
-10 mA
100 mA
1 uA
Wstawiamy etykietę (dwa szybkie kliknięcia myszką), np. ANODA, na przewodzie w pobliżu anody
diody. Po uruchomieniu analizy otrzymamy na ekranie charakterystykę I = f(I). Żeby otrzymać charakterystykę prądowo-napięciową musimy zmienić zmienną na osi poziomej (dwa szybkie kliknięcia w dowolną wartość na osi poziomej Axis Variable V(ANODA) OK OK).
3. Wykreślić zależność spadku napięcia na diodzie 1N4002 od temperatury przy zadanym prądzie
(np. 10 mA) - analiza stałoprądowa DC Sweep.
Swept Var. Type:
Temperature
Sweep type: linear
Start Value
0
End Value
100
Increment
1
Wyznaczyć współczynnik temperaturowy:
∆U d
∆T
4. Wykreślić pełną charakterystykę prądowo-napięciową (kierunek zaporowy i kierunek przewodzenia) diody Zenera 1N750 (model D1N750) - analiza stałoprądowa DC Sweep. Określić napięcie
Zenera oraz rezystancję dynamiczną diody przy IZ = 10 mA.
2
Wybrane zastosowania diod półprzewodnikowych
5. Wyznaczyć charakterystykę przejściową stabilizatora napięcia - analiza stałoprądowa DC Sweep.
Swept Var. Type:
Voltage Source
Sweep type: linear
Start Value
0
End Value
15
Increment
0.1
Jak zmieni się charakterystyka, jeżeli stabilizator obciążymy rezystancją, np. 100Ω ?
6. Na wejście stabilizatora podać przebieg sinusoidalny o częstotliwości 100 Hz i amplitudzie 10V.
Wykreślić przebiegi: wejściowy i wyjściowy analiza TRANSIENT.
a)
b)
c)
d)
Print Step
20n
20n
40u
40u
Final Time
40m
40m
40m
40m
No-Print Delay
Step Ceiling
10m
40u
40u
40u
Zwrócić uwagę na różnice i podobieństwa przebiegów przy różnych ustawieniach parametrów analizy (punkty: a) – d) ).
7. Na wejście stabilizatora podać przebieg sinusoidalny o częstotliwości 100 Hz i amplitudzie 1V i
składowej stałej 15V. Wykreślić przebiegi: wejściowy i wyjściowy analiza TRANSIENT. Na podstawie przebiegów określić współczynnik stabilizacji układu.
k st =
∆U wy
∆U we
8. Ograniczniki napięcia. Wykreślić charakterystyki przejściowe (Uwy = f(Uwe) - DC Sweep) oraz
przebiegi napięciowe (Uwe(t), Uwy(t) – TRANSIENT) dla wybranych konfiguracji układu oraz wybranych przebiegów wejściowych (sinus, prostokąt, trójkąt) o częstotliwości 100Hz i różnych wartościach amplitudy.
3
Wybrane zastosowania diod półprzewodnikowych
9. Porównać przełączanie diod 1N4002 (prostownicza) oraz 1N4148 (szybka, uniwersalna).
Ustawienia źródła
VPULSE
V1
-10
V2
+10
TD
0
TR
1n
TF
1n
PW
0.75u
PER
1.5u
Ustawienia analizy
TRANSIENT
Print Step
1n
Final Time
2.4u
No-Print Delay 0.4u
Step Ceiling
1n
Porównać przebiegi napięć i prądów obu diod. Oszacować czasy opóźnienia włączania diod oraz
czasy odzyskiwania zdolności zaworowych. Wnioski?
10. Obserwacja charakterystyki pojemnościowo-napięciowej diody pojemnościowej MV2201 w
programie PARTS.
a) uruchomić program PARTS (C:\MsimEv_8\Bin\Parts)
b) otworzyć bibliotekę EVAL (FILE Open/Create Library C:\MsimEv_8\Lib\Eval)
c) wybrać z listy diodę MV2201 (Part Get MV2201)
d) wykreślić charakterystykę pojemnościowo-napięciową (Junction Capacitance Plot Display)
e) określić zakres zmian pojemności diody przy zmianie napięcia zaporowego od 0.1 V do 10V
Uwaga! Opisane wyżej czynności można znacznie przyspieszyć korzystając z odpowiednich ikon.
11. Przestrajanie obwodu rezonansowego za pomocą diod pojemnościowych (AC Sweep + Parametric)
a) wykreślić charakterystykę amplitudową obwodu rezonansowego dla V2 = 5V (w zakresie
od 1 MHz do 100 MHz – dekadowo, 1000 pkt/dek)
b) sprawdzić wpływ wartości R1 i R2 na charakterystykę rezonansową
c) wykreślić rodzinę charakterystyk amplitudowych obwodu rezonansowego dla V2 = 0.1V,
1V, 3V, 5V, 10V.
4
Wybrane zastosowania diod półprzewodnikowych
Literatura:
1. Zachara Z., Wojtuszkiewicz K.: PSpice: przykłady praktyczne, MIKOM, 2000.
2. Zachara Z., Wojtuszkiewicz K.: PSpice: symulacje wzmacniaczy dyskretnych, MIKOM,
2001.
3. Walczak J., Pasko M.: Zastosowanie programu SPICE w analizie obwodów elektrycznych i
elektronicznych, Gliwice, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2011.
Materiały dydaktyczne przeznaczone dla studentów Wydziału Elektrycznego Politechniki Białostockiej.
Do użytku wewnętrznego.
5