Одним из достоинств Elecrtronics Workbench является возможность смоделировать ситуации, возникающие при самых различных уровнях приборной оснащенности исследователя, и освоить методики измерения, соответствующие этим уровням. Рассмотрим эти ситуации на примере измерения вольтамперной характеристики полупроводникового диода.
Начинающий радиолюбитель может иметь всего лишь один универсальный прибор - мультиметр (который мы привыкли называть тестером), но и в этом случае можно снять вольтам-перную характеристику (ВАХ) диода или любого другого нелинейного двухполюсника.
Проще всего в этом случае измерять напряжение на диоде в схеме рис. 9.1, подсоединяя к диоду через резистор источники напряжения различной величины. Ток диода при этом можно вычислять из выражения:
1пр = (Е - Unp)/R, (9.1)
где1ПР - ток диода в прямом направлении,
Е - напряжение источника питания,
иПр ~ напряжение на диоде в прямом направлении.
Изменив полярность включения диода в той же схеме рис. 9.1, можно снять ВАХ диода по той же методике и в обратном направлении
1об = (Е - UOB)/R, (9>2>
где 1ОБ - ток диода в обратном направлении,
Uqb - напряжение на диоде в обратном направлении.
Точность при таких измерениях оставляет желать лучшего из-за разброса сопротивлений у резисторов одного номинала. И если Вы хотите получить более точную характеристику, используя только один мультиметр, необходимо сначала измерить напряжение в схеме рис. 9.1, а затем ток в схеме рис. 9.2. При этом можно пользоваться по-прежнему только мультиметром, подключая его то как вольтметр, то как амперметр.
Гораздо быстрее можно выполнить эту работу, если у Вас имеется и вольтметр и амперметр. Тогда, включив их по схеме^жс. 9.3, можно сразу видеть ток и напряжение на табло этих приборов. Вольтамперная характеристика (ВАХ) может быть получена путем измерения напряжений на диоде при протекании различных токов за счет изменения напряжения источника питания Vs.
И наконец, наиболее быстро и удобно можно исследовать ВАХ, непосредственно наблюдая ее на экране осциллографа {рис. 9.4). При таком подключении координата точки по горизонтальной оси осциллографа будет пропорциональна напряжению, а по вертикальной - току через диод. Поскольку напряжение в вольтах на резисторе 1 Ом численно равно току через диод в амперах (I=U/R=U/1=U), по вертикальной оси можно непосредственно считывать значения тока. Если на осциллографе выбран режим В/А, то величина, пропорциональная току через диод (канал В), будет откладываться по вертикальной оси, а напряжение (канал А) - по горизонтальной. Это и позволит получить вольтамперную характеристику непосредственно на экране осциллографа.
При получении ВАХ диода с помощью осциллографа на канал А вместо точного напряжения на диоде подается сумма напряжения диода и напряжения на резисторе 1 Ом. Ошибка из-за этого будет мала, так как падение напряжения на резисторе будет значительно меньше, чем напряжение на диоде. Для более точного измерения напряжения можно измерять ток с помощью датчика тока (см. приложение 1).
Из-за нелинейности диода его нельзя характеризовать величиной сопротивления, как линейный резистор. Отношение напряжения на диоде к току через него U/I, называемое статическим сопротивлением, зависит от величины тока. В ряде
применений на существенную постоянную составляющую тока диода накладывается небольшая переменная составляющая (обычно при этом говорят, что элемент работает в режиме малых сигналов). В этом случае интерес представляет дифференциальное (или динамическое) сопротивление dU/dl. Величина динамического сопротивления зависит от постоянной составляющей тока диода, определяющей рабочую точку на характеристике.
Порядок проведения экспериментов
Эксперимент 1. Измерение напряжения и вычисление тока через диод.
Откройте файл с9_011 {рис. 9.1) и включите схему. Мультиметр покажет напряжение на диоде UnP при прямом смещении. Переверните диод и снова запустите схему. Теперь мультиметр покажет напряжение на диоде UOB при обратном смещении. Запишите показания в раздел "Результаты экспериментов". Вычислите ток диода при прямом 1Пр и обратном 1ОБ смещении согласно формулам (9.1)и (9.2).
