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
1. Wykreślić charakterystykę prądowo-napięciową diody prostowniczej 1N4002 (model D1N4002) - analiza stałoprądowa DC Sweep. a) Swept Var. Type: b) Swept Var. Type: Start Value 0 End Value 0.85 V Increment 0.1 V Start Value 0 End Value 0.85 V Increment 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 R s oraz rezystancję dynamiczną r d diody przy prądzie diody równym 50 ma (wykorzystać kursory). U d d Rs = rd = Id Id 2. Wykreślić charakterystykę prądowo-napięciową diody prostowniczej 1N4002 (model D1N4002) - analiza stałoprądowa DC Sweep. a) Swept Var. Type: Current Source Sweep type: decade b) Swept Var. Type: Current Source Start Value 10 na End Value 100 ma Pts/decade 1000 Start Value -10 ma End Value 100 ma Increment 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: Start Value 0 Temperature End Value 100 Increment 1 d Wyznaczyć współczynnik temperaturowy: 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 I Z = 10 ma. T 2
5. Wyznaczyć charakterystykę przejściową stabilizatora napięcia - analiza stałoprądowa DC Sweep. Swept Var. Type: 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 10m Step Ceiling 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 = 8. Ograniczniki napięcia. Wykreślić charakterystyki przejściowe (U wy = f(u we ) - DC Sweep) oraz przebiegi napięciowe (U we (t), U wy (t) TRANSIENT) dla wybranych konfiguracji układu oraz wybranych przebiegów wejściowych (sinus, prostokąt, trójkąt) o częstotliwości 100Hz i różnych wartościach amplitudy. wy we 3
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
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