LABORATORIUM Z ELEKTROTECHNIKI TEORETYCZNEJ
Wydział Elektryczny
Kierunek Elektrotechnika
R.ak. 1997/98 Sem.II Studia dzienne inżynierskie
Grupa 1, Sekcja 5
ADAM DUDEK
OLIWER PALARZ
DWÓJNIKI KLASYCZNE, ELEMENTY OSOBLIWE I ICH POŁĄCZENIA.
1. Rezystor liniowy (potencjometr).
Dwójnik pasywny, rozpraszający energię. Jego charakterystyką jest prosta położona w I i III
ćwiartce, przechodząca przez początek układu współrzędnych. Działające na dwójnik napięcie u wywołuje prąd i=uG i odwrotnie przepływający prąd wywołuje spadek napięcia u=i/G. Konduktancja G=1/R jest opisana zależnością: tga = i/u =G.
Charakterystyką (1) badanego, rzeczywistego rezystora liniowego o zmiennej rezystancji (potencjometr) jest rodzina prostych o kącie nachylenia w zakresie <a,b>. Kąt a (prosta Rmax) odpowiada maksymalnej rezystancji potencjometru (R=Rp+Rogr), natomiast kąt b (prosta Rmin) minimalnej wartości wartości rezystancji potencjometru (R=Rogr).
Charakterystyka rzeczywista odpowiada w granicach błędu teoretyczcnej.
Charakterystyka idealnej diody Zenera jest charakterystyką idealnej diody przesuniętą o wartość
napięcia Zenera. Rezystancja liniowa wpływa jednynie na nachylenie charakterystyk w I i III ćw. powyżej napięcia Uz.
Charakterystyka rzeczywista (2) znacznie odbiega od idealnej, zaokrąglenia i charakterystyczne rozdwojenie krzywej spowodowane jest wpływem zakłóceń oraz pojemnością złącza p-n. Ćwiartka III odpowiada polaryzacji diody Zenera w kierunku zaporowym (obszar stabilizacji poniżej napięcia Uz).
3. Dioda Zenera.
Charakterystyka idealnej diody Zenera przedstawiona została w punkcie drugim. Badana dioda Zenera, bez rezystora szeregowego, zachowywała się identycznie jak w powyższym przypadku, dla minimalnej rezystancji. Wyraźne zakłócenie charakterystyki dla małych prądów w zakresie napięć »Uz... »Uf świadczy o występowaniu pojemności na złączu półprzewodnikowym diody i pojemności doprowadzeń. Ćw. I odpowiada polaryzacji w kierunku przewodzenia (Uf » 0,7V), a ćw. IV polaryzacji w kierunku zaporowym (Uz » 3,6V).
4. Dwie diody Zenera połączone szeregowo, przeciwsobnie.
Charakterystyka układu rzeczywistego (4) znacznie odbiega od układu idealnego, wartości napięć stabilizacji Uz powiększone są o spadki napięć na złączach spolaryzowanych w kierunku przewodzenia. Rozdwojenie charakterystyki w zakresie »UZ1... »UZ2 spowodowane jest występowaniem pojemności złącz diod rzeczywistych i pojemności doprowadzeń.
5. Dwie diody Zenera połączone szeregowo, przeciwsobnie, zbocznikowane rezystorem.
Charakterystyka idealna, odcinki OA, OB odzworowują spadek napięcia na liniowej rezystancji równoległej R. Kąt nachylenia wynosi a = arctg G (G=1/R). Wzrost prądu powyżej I1 (I2) nie wywołuje wzrostu napięcia na dwójniku ponieważ jest ono stabilizowane przez diodę DZ1 (Dz2).
Charakterystyka rzeczywista (5) układu znacząco odbiega od idealnej, wygładzenia, rozdwojenie krzywej i zaokrąglenie w ćw. IV spowodowane jest wpływem zakłóceń oraz pojemnościami złącz p-n.
6. Fotorezystor.
Dwójnik półprzewodnikowy, który pod wpływem promieniowania świetlnego silnie zmienia swoją rezystancję. Rezystancja fotorezystora w zależności od wartości natężenia oświetlenia E:
R»R0(E0/E)g
R0 rezystancja dla natężenia E0, g stała materiałowa
Dla stałej wartości natężenia oświetlenia (E=const) fotorezystor zachowuje się jak rezystor liniowy. Proste na charakterystyce (6) przedstawiają zależność i=f(u) dla dwóch różnych wartości natężenia światła (1.maksymalne, 2.minimalne).
7. Kondensator połączony szeregowo z rezystorem.
Dwójnik charakteryzujący się zdolnością do akumulacji energii w polu elektrycznym. Krzywą zależności prądu od napięcia na kondensatorze opisuje równanie elipsy:
(uc/|Em|)2 + (ic/w |Em|)2 = 1
e(t) = |Em| cos wt, uc(t) = e(t), ic(t) = C dUc/dt = - wc |Em| sin wt
Dla dowolnej chwili czasu moc chwilową reprezentują powierzchnie prostokątów. Magazynowanie energii (moc dodatnia) w polu elektrycznym następuje w I i III ćw., oddawanie
energii (moc ujemna) do źródła.
Charakterystyka rzeczywista (7) badanego układu jest wyraźnie zniekształcona i przesunięta .
Wartość dołączonej szeregowej rezystancji liniowej wpływa na pochylenie charakterystyki. Spłaszczenie charakterystyki w osi napięcia może świadczyć o dużej susceptancji pojemnościowej.
8. Cewka połączona szeregowo z rezystorem.
Dwójnik charakteryzujący się zdolnością do akumulacji energii w polu magnetycznym. Krzywą zależności prądu od napięcia na kondensatorze opisuje równanie elipsy:
(u/|Em|)2 + (i/|Em|/wL)2 = 1
Położenie poszczególnych fragmentów charakterystyki w odpowiednich ćwiartkach układu współrzędnych informuje o charakterze pracy elementu - w ćw. I i III następuje gromadzenie energii w polu magnetycznym (moc dodatnia) w ćw. II i IV oddawanie energii.
Wartość szeregowej rezystancji liniowej wpływa na pochylenie i rozciągnięcie charakterystyki, gdy wartość tej rezystancji jest minimalna, krzywa zbliża się do idealnej, nie osiągając jej jednak ze względu na pewną wartość rezystancji wewnętrznej cewki.
9. Ujemna rezystancja.
Dwójnik o ujemnej rezystancji, dla którego wzrost napięcia powoduje zmniejszanie się prądu i odwrotnie, wskutek wzrostu prądu zmniejsza się napięcie na jego zaciskach:
u(t)=-Ri(t)
Charakterysytka idealna położona jest w II i IV ćwiartce i przechodzi przez początek układu współrzędnych u-i, idealna rezystancja ujemna dostarcza więc nieograniczonej mocy.
W przypadku elementu rzeczywistego, symulowanego odpowiednimi układami, otrzymanie charakterystyki rezystancji ujemnej w nieograniczonym zakresie napięć i prądów jest fizycznie niemożliwe. Stąd charakterystyka badanego układu realizuje właściwości ujemnej rezystancji jedynie w wąskim zakresie napięć u1 do u2 (9).
10. Dioda połączona szeregowo z rezystorem.
Dla elementu idealnego, spolaryzowanego w kierunku przewodzenia wartość napięcia przewodzenia dąży do zera (Uf = 0), dla polaryzacji dwójnika w kierunku zaporowym, napięcie przebicia Up dąży do ¥ (Up = ¥ ).
W przypadku badanego elementu rzeczywistego, w zależności od wartości rezystancji szeregowej zmieniało się nachylenie charakterystyki (10) w I ćw., dla minimalnej wartości tej rezystancji charakterystyka ta staje się charakterystyką diody rzeczywistej. Nieznaczne odchylenie charakterystyki w I ćw. od osi prądu spowodowane jest spadkiem napięcia na złączu p-n (około 0,7V dla badanej diody krzemowej), natomiast drobne odchylenie tej charakterystki w IV ćw. od osi napięcia wynika z prądu wstecznego (rzędu nA) diody.
2
ikea_92