Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

Transkrypt

1 Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Legnicy Laboratorium Podstaw Elektroniki i Miernictwa Ćwiczenie nr 2 PRWO OHM. BDNIE DWÓJNIKÓW LINIOWYCH I NIELINIOWYCH

2 . Cel ćwiczenia. - Zapoznanie się z właściwościami rezystorów, ich charakterystykami i parametrami statycznymi. Zależność rezystancji od wymiarów przewodnika i temperatury. - Badanie rezystancji liniowej (prawo Ohma) i nieliniowej. - Zapoznanie się z właściwościami diod półprzewodnikowych, ich charakterystykami i parametrami statycznymi. B. Program ćwiczenia. a) Pomiar i wykreślenie na wykresie I = f ( U ) oraz R = f(u) charakterystyk rezystora i żarówki. b) Wykreślenie na wykresie I = f ( U ) charakterystyk diod prostowniczej oraz LED w kierunku przewodzenia (dwa wykresy) c) Przedstawienie na wykresie rezystancji diody prostowniczej R = f(u). d) Wykreślenie charakterystyki diody Zenera w kierunku zaporowym e) Określenie rezystancji statycznej i dynamicznej dla zadanego punktu pracy badanej diody Zenera Uwaga: Przed wykonaniem pomiarów określić dopuszczalny zakres napięć i prądów dla badanych elementów. C. Część pomiarowa. a) Badanie rezystora Układ pomiarowy jest tak skonstruowany, że umożliwia pomiar napięcia bezpośrednio na badanym rezystorze i prądu płynącego przez niego. Pozwala to wyznaczyć wartość rezystancji metodą techniczną. W celu zdjęcia charakterystyki należy skorzystać z układu jak na rys. 1. I R R 1,2 V U R Rys. 1. Układ do zdejmowania charakterystyki I = f ( U ).

3 Zdjąć charakterystykę rezystora R1 wpisując wyniki do tabeli 1. Tabela 1 U R [V] 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 I R [m] R [ ] Korzystamy z zależności U R I R R Uwaga: dla wartości napięcia 0V przyjąć rezystancję zmierzoną za pomocą omomierza. Zdjąć charakterystykę rezystora R2 wpisując wyniki do tabeli 2. Tabela 2 U R [V] 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 I R [m] R [ ] Na podstawie wyników należy wykonać charakterystyki badanych rezystorów I = f(u) oraz R = f(u). b) Dwójnik nieliniowy (żarówka) W celu zdjęcia charakterystyki żarówki należy skorzystać z układu jak na rys. 2. I ż Ż V U R Uwaga: nie przekraczać dopuszczalnych napięć i mocy żarówek Rys. 2. Układ do zdejmowania charakterystyki żarówki I = f ( U ). Zdjąć charakterystykę żarówki wpisując wyniki do tabeli 3. Tabela 3 U R [V] 0,0 1,0 2,0 3,0 U max I R [m] R [ ] Na podstawie wyników należy wykonać charakterystyki badanej żarówki I = f(u) oraz R = f(u) (w Excelu).

4 Wyznaczyć temperaturę włókna żarówki w warunkach znamionowych pracy jeśli wiadomo, że rezystancję w temperaturze T możemy wyznaczyć z wzoru R T = R 0 (1 + ΔT) gdzie - temperaturowy współczynnik rezystancji dla wolframu w = 4, K -1, temperaturę otoczenia przyjmujemy T 0 = 20 C c) dioda krzemowa Układ pomiarowy jest tak skonstruowany, że umożliwia pomiar napięcia bezpośrednio na badanej diodzie i prądu płynącego przez tę diodę. W celu zdjęcia charakterystyki diody w kierunku przewodzenia należy skorzystać z układu jak na rys. 3. R 1 I F I F D 1,2 V U F Rys. 3. Układ do zdejmowania charakterystyki diod w kierunku przewodzenia I = f ( U ). Zdjąć charakterystykę diody krzemowej D 1 w kierunku przewodzenia korzystając z rezystora R 1,wpisując wyniki do tabeli 4. Tabela 4 I F [m] 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 6,0 8,0 10,0 15,0 20,0 U F [V] U F [ ] R I F Zdjąć charakterystyki diod LED D 2 w kierunku przewodzenia korzystając z rezystora R 1 wpisując wyniki do tabeli 5. Tabela 5 I F [m] 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 6,0 8,0 10,0 15,0 20,0 dioda U F [V] żółta U F [V] czerwona U F [V] zielona Na podstawie wyników należy wykonać wykresy charakterystyk badanych diod I F = f(u F )

5 d) dioda Zenera W celu zdjęcia charakterystyki diody w kierunku zaporowym należy skorzystać z układu jak na rys. 4. I Z R 1 I Z V 1 U zas D Z V 2 U Z Rys. 4. Układ do zdejmowania charakterystyki diod w kierunku zaporowym I = f ( U ). Zdjąć charakterystykę diody D Z w kierunku zaporowym wpisując wyniki do tabeli 6. Tabela 6 [V] U Z [V] 0-1,0-2,0-3,0-4,0-5,0-5,4-5,5-5,6-5,7-5,8 I Z [m] U zas Wykonaj za pomocą programu Excel wykresy I Z = f(u Z ) oraz U Z = f(u zas ). Oblicz na wykresie rezystancję dynamiczną, która jest definiowana jako nachylenie charakterystyki statycznej diody w punkcie pracy. Obliczenia dokonać dla I R = I [m] ± I [m] i U Z =5,6V du R dyn I=...m di Obliczyć współczynnik stabilizacji diody Zenera definiowany jako stosunek względnych zmian prądu płynącego przez diodę do wywołanych przez nie względnych zmian spadku napięcia. di I st Rst Z du Rdyn U st gdzie: R dyn rezystancja dynamiczna R st - rezystancja statyczna

6 D. Wyposażenie. Elementy układu: Rezystor R 1 = szt. 1 Rezystor R 2 = szt. 1 Żarówka szt. 1 Dioda D 1 1N szt. 1 Dioda D 2 LED......szt. 3 Dioda Zenera 1N5339B 5,6V...szt.1 Sprzęt pomiarowy: Cyfrowy miernik uniwersalny RD700 szt. 2 Źródło zasilania: regulowany...szt. 1 kcesoria: Płyta montażowa...szt. 1 Komplet przewodów...szt. 1 Pytania kontrolne: 1. Jak brzmi prawo Ohma? 2. Od czego zależy rezystancja przewodu? 3. Co to jest dwójnik? Jak zdefiniowana jest rezystancja/impedancja dwójnika? 4. Co to jest element liniowy/nieliniowy? Podać przykłady. 5. Na podstawie modelu pasmowego wyjaśnić różnice pomiędzy przewodnikiem, półprzewodnikiem a izolatorem. 6. Co to jest i jakie właściwości posiada półprzewodnik samoistny i domieszkowany? 7. Narysować i wyjaśnić przebieg charakterystyki diody półprzewodnikowej. 8. Dokonać klasyfikacji diod półprzewodnikowych. 9. Zapoznać się z danymi katalogowymi diody prostowniczej 1N4007. Jakie podstawowe parametry charakteryzują diodę prostowniczą?