Описание виртуальной лабораторной установки и методики измерений

Лабораторная установка для исследований, предусмотренных содержанием работы, показана на рис. 2.4, она содержит:

– функциональный генератор сигналов (Function Generator – XFG1);

– двухлучевой осциллограф (Oscilloscope – XSC1);

– модели реальных однотипных диодов , ;

– датчик V1 тока, протекающего через диод ;

– идеальные источники переменного синусоидального тока и постоянного тока. Амплитуда переменного тока 0,02 А, частота 1 кГц;

– ограничительное сопротивление , равное 3 Ом и задающее прямой ток диода;

– измерительный пробник.

аб

Рис. 2.4. Установка для исследований силовых диодов (а) и график ВАХ (б)

Снятие ВАХ диодов осуществляется в два этапа. На первом получают изображение ВАХ диодов на экране осциллографа следующим образом. Функциональный генератор сигналов XFG1 формирует переменное треугольное напряжение амплитудой 100 В, частотой 150 Гц. Отрицательная часть этого напряжения реализует режим обратного смещения диода D1, а положительная часть создает прямой ток диода. Импульсы прямого тока , следующие с частотой 150 Гц, преобразуются датчиком тока V1 в пропорциональное напряжение

, (2.7)

где – передаточное сопротивление датчика тока , поступающее на канал «А» осциллографа XSC1. Так как сопротивление равно 1 Ом, то напряжение численно совпадает с током исследуемого диода. В режиме развертки «А/В» при значениях прочих регулировок осциллографа XSC1, соответствующих рис. 2.4, на его экране воспроизводится изображение зависимости
, численно совпадающей с ВАХ диода . При этом на правой полуплоскости экрана располагается прямая ветвь ВАХ диода (рис. 2.4), а на левой полуплоскости – обратная (непроводящая) ветвь. Визирная линия отмечает на экране пороговое напряжение (точку перегиба ВАХ), составляющее
0,6 В для диода типа MUR 2520.

На втором этапе измеряются координаты точек прямой ветви ВАХ диода , идентичного диоду , путем задания с помощью источника тока значений прямого тока и регистрации соответствующих им значений напряжения измерительным пробником, подключенным в анодную цепь диода . Задавая значения прямого тока , важно не пропустить точку перегиба ВАХ, предварительно измеренную с помощью визирной линии на экране двухлучевого осциллографа XSC1. Параметры эквивалентной схемы диода (рис. 2.2, б) определяются путем построения по точкам прямой ветви ВАХ и аппроксимации этой ветви двумя отрезками прямых согласно рис. 2.2, а.

Для определения динамического сопротивления диода малых приращений токов и напряжений в различных точках прямой ветви ВАХ
в состав виртуальной установки введен источник переменного тока частоты
1 кГц с амплитудой 0,02 А, малой в сравнении с величинами постоянного тока диода , задаваемого источником тока . Динамическое сопротивление определяется по показаниям измерительного пробника:

. (2.8)

Для измерения координат обратной ветви ВАХ диода необходимо заменить в установке (рис. 2.4) источник прямого тока на источник обратного напряжения, изменять его величину и с помощью измерительного пробника регистрировать значения обратного напряжения и обратного тока диода

Схема для снятия переходной характеристики запирания силовых быстродействующих диодов приведена на рис. 2.5. Функциональный генератор сигналов XFG1 формирует последовательность импульсов напряжения прямоугольной формы с амплитудой 100 В и частотой повторения 150 Гц. Она периодически коммутирует диод в проводящее и непроводящее состояние. Как видно из осциллограммы тока диода (рис. 2.5), при его коммутации появляется обратный выброс, длительность которого определяет время обратного восстановления .

аб

Рис. 2.5. Установка для измерения динамических параметров силовых диодов (а)
и осциллограмма коммутации диодного тока (б)

Рис. 2.6. Осциллограмма переходного процесса восстановления

запирающих свойств силового диода MUR2520

Эту длительность можно измерить путем установки скорости горизонтальной развертки осциллографа, равной 20 ns/div. Из осциллограммы на
рис. 2.6 видно, что время рассасывания зарядов у диода MUR2520 при токе 33,57 А составляет 80 нс, а время спада обратного тока равно 75 нс. Таким образом, время обратного восстановления диода

Заряд восстановления запирающих свойств диода в соответствии
с формулой (2.3) определяется как

.