ΗΥ-121: Ηλεκτρικά Κυκλώματα
Άνοιξη 2011
Τμ. Επ. Υπολογιστών
© Πανεπιστήμιο Κρήτης

Ασκήσεις και Εργαστήριο 9  -  Δίοδοι (μέρος Β):
Zener, Σταθεροποιητές, Ψαλιδιστές, Clamps

2 - 3 Μαΐου 2011 (βδομάδα 10)
[Up - Table of Contents]
[Prev - 8. Diodes, Rectifiers]
[printer version - PDF]
[10. Operational Amplifiers - Next]

Διάβασμα: Διαβάστε το κεφάλαιο 9, "Ημιαγωγοί και Δίοδοι", από το 2ο τόμο του βιβλίου, δίνοντας την παρακάτω έμφαση σε κάθε θέμα:

Ασκήσεις: Λύστε και παραδώστε σε χαρτί την Παρασκευή 6 Μαΐου 2011 τις ασκήσεις 9.12 και 9.14 (σελ. 171), 9.36 (σελ. 175-176), και 9.43 (σελ. 177) του βιβλίου.

Πείραμα 9.1:   Εξομάλυνση Πλήρως Ανορθωμένης Κυματομορφής

Προσθέστε στο κύκλωμα του πειράματος 8.2 έναν πυκνωτή εξομάλυνσης των 1 μF εν παραλλήλω με την αντίσταση φορτίου· Προσοχή: πυκνωτές τέτοιων χωρητικοτήτων είναι συνήθως ηλεκτρολυτικοί, άρα έχουν συγκεκριμένη πολικότητα και πρέπει να συνδέονται με συγκεκριμένη φορά --αλλοιώς... κίνδυνος έκρηξης! Το κύκλωμα που προκύπτει είναι σαν το κύκλωμα του σχήματος 9.44 (σελ. 140) του βιβλίου, αλλά χωρίς την εν σειρά αντίσταση των 170 Ω (αυτή την αντίσταση θα την έβαζε κανείς γιά να περιορίσει το ισχυρό ρεύμα φόρτισης του πυκνωτή τη στιγμή που ανάβει η δίοδος --όμως σε εμάς τα ρεύματα είναι πολύ μικρά σε σχέση με τις αντοχές των διόδων, και επίσης η παλμογεννήτριά μας έχει εσωτερική αντίσταση πολύ μεγαλύτερη εκείνης της ΔΕΗ...)· επίσης, εμείς έχουμε αντίσταση φορτίου, την οποία δεν έχει το σχήμα 9.44. Αλλοιώς, αν θέλετε, το κύκλωμά μας εδώ είναι σαν το σχήμα 9.45 (σελ. 143) του βιβλίου, με φίλτρο και αντίσταση φορτίου, αλλά χωρίς τον ρυθμιστή τάσης. Ή εναλλακτικά, το κύκλωμά μας είναι σαν το σχήμα Π9.31 (σελ. 174) του βιβλίου, μόνο που χρησιμοποιούμε ανορθωτή γέφυρας αντί μεσαία λήψη από μετασχηματιστή.

Η κυματομορφή εξόδου που περιμένουμε να δούμε είναι σαν το σχήμα Π9.33 (σελ. 175) του βιβλίου. Παρατηρήστε στον παλμογράφο την κυματομορφή εξόδου. Αλλάξτε τη συχνότητα της πηγής, και δείτε πώς αλλάζει η κυματομορφή εξόδου. Τι παρατηρείτε για πολύ χαμηλές και γιά πολύ ψηλές συχνότητες; Εξηγήστε το στον βοηθό του εργαστηρίου, και κάντε έναν υπολογισμό που να δικαιολογεί την κλίση της γραμμής που βλέπετε.

Πείραμα 9.2:   Ρυθμιστής Τάσης με Δίοδο Zener

Στο κύκλωμα του πειράματος 9.1, μεταξύ πυκνωτή εξομάλυνσης και αντίστασης φορτίου, προσθέστε (όπως στο σχήμα 9.45, σελ. 143 του βιβλίου) έναν ρυθμιστή τάσης με δίοδο Zener σαν αυτόν του σχήματος 9.49 (σελ. 145) του βιβλίου. Σαν αντίσταση περιορισμού ρεύματος, χρησιμοπιήστε Rs = 220 Ω. Σαν δίοδο Zener χρησιμοποιήστε μιάν BZX85C3v0, της οποίας η τάση κατάρρευσης είναι 3.0 Volt (προσοχή: η ανορθωμένη τάση DC πρέπει να πολώνει ανάστροφα την δίοδο Zener). Παρατηρήστε στον παλμογράφο την τάση εξόδου, γιά διαφορα πλάτη της πηγής, και γιά διάφορες συχνότητες. Ίσως προτιμήστε, σε αυτό το σημείο, να παρακολουθείτε, στο κανάλι 1 του παλμογράφου, την τάση του πυκνωτή εξομάλυνσης, αντί της τάσης της πηγής. Ερμηνεύστε προσεκτικά τις παρατηρήσεις σας στο βοηθό του εργαστηρίου.

Πειράματα 9.3:   Ψαλιδιστής, Clamp, Καμπύλη Ρεύματος-Τάσης

(α) Βγάλτε τον πυκνωτή εξομάλυνσης από το κύκλωμα του πειράματος 9.2, οπότε η έξοδος σας θα πρέπει να μοιάζει σαν το σχήμα 9.58 (σελ. 153), αλλά με ανορθωμένη κυματομορφή αντί κανονικού ημιτόνου. Πειραματιστείτε με διάφορα πλάτη πηγής, και διαπιστώστε εάν η δίοδος Zener σας "ψαλιδίζει" την τάση εξόδου όποτε αυτή πάει να ανέβει πάνω από την τάση κατάρρευσης της διόδου (3.0 V).

(β) Κατασκευάστε το κύκλωμα συγκράτησης τάσης (diode clamp) του σχήματος 9.61 (επάνω --χωρίς τάση πόλωσης), σελ. 155, του βιβλίου. Χρησιμοποιήστε πυκνωτή 100 nF (μη ηλεκτρολυτικό). Με την παλμογεννήτριά μας, δεν χρειάζεται αντίσταση R πέρα από την ήδη υπάρχουσα εσωτερική αντίσταση της πηγής. Παρατηρήστε την τάση εξόδου στον παλμογράφο. Αλλάξτε πλάτος πηγής και DC Offset, και παρατηρήστε.

(γ) Μετρήστε και σχεδιάστε την καμπύλη ρεύματος-τάσης της διόδου 1N4007, π.χ. ως εξής.
(γ1) Ρεύμα διαρροής αντίστροφης πόλωσης: συνδέστε τη δίοδο, ανάστροφα πολωμένη, στο τροφοδοτικό, και εν σειρά με αυτήν το αμπερόμετρο, και μετρήστε· εάν βρείτε π.χ. ένα στεγνωτήρα μαλλιών ("σεσουάρ"), θερμάντε τη δίοδο και ελέγξτε τον "κανόνα δακτύλων" (rule of thumb) ότι το ρεύμα ανάστροφης πόλωσης διπλασιάζεται γιά κάθε περίπου 10 βαθμούς Κελσίου αύξηση της θερμοκρασίας.
(γ2) Ορθή πόλωση: ρυθμίστε το τροφοδοτικό σε περιορισμένο, μικρό ρεύμα (από τα αριστερά κουμπιά του)· συνδέστε τη δίοδο ορθά πολωμένη στο τροφοδοτικό, και ανεβάστε το όριο τάσης του (από τα δεξιά κουμπιά του), ούτως ώστε το τροφοδοτικό να λειτουργεί σε current mode (σαν πηγή ρεύματος)· μετρήστε ρεύμα και τάση με το όργανο του τροφοδοτικού (εναλλάσοντάς το μεταξύ των δύο μετρήσεων, με το σχετικό διακόπτη). Καταγράψτε τη μέτρησή σας, και επανλάβετε γιά διάφορα ρεύματα, χαμηλά και ψηλά. Απεικονίστε τις μετρήσεις σας σε καμπύλη.


[Up - Table of Contents]
[Prev - 8. Diodes, Rectifiers]
[printer version - PDF]
[10. Operational Amplifiers - Next]

Up to the Home Page of CS-121
 
© copyright University of Crete, Greece.
last updated: 12 April 2011, by M. Katevenis.