Как в мультисим найти стабилитрон

Построение обратной ветви ВАХ в Multisim

При построении схемы для получения обратной ветви ВАХ в Multisim воспользуемся такими компонентами как Ground(Заземление), Resistor(Сопротивление), Diode(Диод), Power(Батарейка).

Характеристики диода, выбранного согласно условиям задания:

.MODEL D1N3890A D (

Сопротивления резисторов 10 Ом и 10 кОм.

Эта схема отличается от предыдущей. Диод включен в противоположном направлении, а приборы подключены несколько иначе. Такое подключение приборов приведет к меньшей погрешности (т.к. на обратной ветви большие напряжения и маленькие токи).

Проведение анализа по постоянному току. (Simulate -> Analyses -> DC Sweep)

— В качестве варьируемого параметра выбираем напряжение источника V1.
Т.к. схема имеет базу, то варьируется напряжение и на диоде.

— В качестве диапазона изменений выбираем промежуток 0…2 В с шагом 0.01В.

— По оси Х задаем выражение V1 – напряжение на диоде, а по оси Y ток через диод -I(D1[ID]).

— Перед I(D1[ID]) ставим знак минус — это переносит график в первую четверть.

— Масштаб по оси X задаем в пределах 0…2 В с шагом сетки 0.2 В; по оси Y пределы и шаг выберем автоматические.

Запускаем на анализ (Run) и получаем график зависимости тока через диод I(D1) от напряжения V1, что и является Вольт-Амперной характеристикой (ВАХ).

Проектирование электронных устройств в Multisim 12.0. Часть 15

Мы продолжаем серию публикаций о работе с виртуальными приборами в программной среде Multisim. Данный цикл статей представляет описание виртуальных инструментов, их конфигурирование, процедуры подключения к исследуемой схеме. Так же рассматриваются такие вопросы как работа с несколькими инструментами, сохранение данных инструмента, просмотр результатов работы. В статье будут рассмотрены особенности работы с таким прибором как характериограф-IV.

Характериограф – это устройство, предназначенное для наблюдения и исследования характеристик радиоэлектронных устройств и компонентов, при этом измерительная информация отображается на экране в виде кривых. В Multisim характериограф-IV (I — ток, V — напряжение) используется для измерения вольт-амперных характеристик диодов, PNP и NPN транзисторов, PMOS и NMOS устройств. При этом, в отличии от других виртуальных приборов Multisim, характериограф-IV подключается не к схеме, а непосредственно к исследуемому устройству. В том случае, когда необходимо произвести измерение характеристик устройства, которое уже используется в схеме – предварительно отключите его от схемы. Для того, что бы открыть лицевую панель прибора, необходимо дважды щелкнуть левой кнопкой мыши по его пиктограмме на схеме. Рассмотрим лицевую панель характериографа-IV более подробно. В левой части панели расположен графический дисплей, который предназначен для графического отображения формы сигнала. Так же прибор оснащен курсором для проведения измерений в любой точке графика, курсор при необходимости можно перемещать при помощи левой кнопки мыши. Управлять положением курсора можно так же и при помощи стрелок перемещения вертикального курсора, которые расположены в нижней левой части лицевой панели характериографа-IV под графическим дисплеем. Между стрелками находятся три информационных поля, в которых отображаются данные, полученные на пересечении вертикального курсора и кривой. Кривую, для которой будут отображаться данные, можно выбрать при помощи щелчка по ней левой кнопкой мыши, в результате чего на пересечении вертикального курсора и кривой появится метка-точка (именно для той кривой, на которой находится метка-точка, и будут отображаться данные в информационных полях). В правой части лицевой панели прибора находится панель управления, предназначенная для настройки параметров характериографа-IV. Рассмотрим данную панель более подробно. В верхней части панели находится поле «Выбор компонента», в котором из выпадающего списка можно выбрать для анализа следующие компоненты:

• Diode;
• BJT PNP;
• BJT NPN;
• PMOS;
• NMOS.

Под полем «Выбор компонента» расположены поля «Шкала тока (А)» и «Шкала напряжения (V)», в которых можно задать параметры горизонтальной и вертикальной осей координат при логарифмической или линейной шкале. Переключение шкалы производится при помощи кнопок «Лог» (логарифмическая) и «Лин» (линейная). Масштаб горизонтальной (ось Х) и вертикальной (ось Y) осей определяется начальным («Н») и конечным («В») значениями.

Под полем «Шкала напряжения (V)» размещены две кнопки. Кнопка «Экран» предназначена для инверсии цвета графического дисплея (черный/белый). Кнопка «Моделирование» используется для произведения настроек параметров моделирования. После нажатия на эту кнопку открывается окно «Параметры моделирования». Содержание данного диалогового окна меняется в зависимости от компонента, выбранного из выпадающего меню в поле «Выбор компонента» и подробно будет рассмотрено в настоящей статье далее для каждого компонента в отдельности. В нижней правой части лицевой панели характериографа-IV находится окно, отображающее схему подключения выбранного компонента к данному виртуальному прибору.

Пример подключения характериографа-IV к PMOS-транзистору, вольт-амперная характеристика PMOS-транзистора и лицевая панель данного прибора представлены на рисунке 1.

Рис. 1. Подключение характериографа-IV к PMOS-транзистору, вольт-амперная характеристика PMOS-транзистора и лицевая панель характериографа-IV.

Измерение характеристик устройства производится следующим образом:

1. откройте лицевую панель характериографа-IV;
2. в верхней правой части лицевой панели в поле «Выбор компонента» из выпадающего меню выберите нужный компонент;
3. выберите из библиотеки компонентов данный компонент, поместите его в рабочую область проекта и присоедините к характериографу-IV, следуя схеме в нижней правой части лицевой панели прибора;
4. на панели управления характериографа-IV установите нужные настройки в полях «Шкала тока (А)» и «Шкала напряжения (V)»;
5. при необходимости вы можете инвертировать цвет графического экрана при помощи кнопки «Экран»;
6. при помощи кнопки «Моделирование» откройте окно «Параметры моделирования» и установите необходимые параметры, после чего нажмите на кнопку «ОК» для закрытия диалогового окна и вступления в силу внесенных изменений;
7. запустите симуляцию проекта.

В результате выполненных действий на лицевой панели характериографа-IV в окне графического дисплея рассматриваемого прибора будут получены IV-кривые для анализируемого компонента.

Рассмотрим диалоговое окно «Параметры моделирования» для PMOS-транзистора (рис. 2).

Рис. 2. Диалоговое окно «Параметры моделирования» для PMOS-транзистора.

Данное окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-IV в поле «Выбор компонента» пункта PMOS и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_ds», в котором можно установить следующие значения V_ds (напряжение сток-исток):

• «Начало» — начальное значение V_ds;
• «Окончание» — конечное значение V_ds;
• «Приращение» — значение шага V_ds (полученные точки будут использованы для построения графика).

В правой части окна расположено поле «Источник: V_gs», в котором можно установить следующие значения V_gs (напряжение затвор-исток):

• «Начало» — начальное значение V_ gs;
• «Окончание» — конечное значение V_ gs;
• «Приращение» — число шагов V_ gs (количество кривых на графике).

Установка/снятие флажка в чекбоксе «Нормализация» отображает значения V_ds на кривых по оси Х с положительными/отрицательными значениями.

Рассмотрим диалоговое окно «Параметры моделирования» для диода (рис. 3).

Рис. 3. Пример диалогового окна «Параметры моделирования» для диода.

Данное окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-IV в поле «Выбор компонента» пункта Diode и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_pn», в котором можно установить следующие значения V_pn:

• «Начало» — начальное значение V_pn;
• «Окончание» — конечное значение V_pn;
• «Приращение» — значение шага V_pn (полученные точки будут использованы для построения графика).

На рисунке 3 представлен пример диалогового окна «Параметры моделирования», согласно с заданными параметрами которого напряжение диода будет изменяться от – 5 В до 5 В с шагом в 10 мВ. Пример подключения характериографа-IV к диоду и вольт-амперная характеристика данного компонента представлены на рисунке 4.

Рис. 4. Пример подключения характериографа-IV к диоду и вольт-амперная характеристика данного компонента.

Рассмотрим диалоговое окно «Параметры моделирования» для NMOS-транзистора (рис. 5).

Рис. 5. Диалоговое окно «Параметры моделирования» для NMOS-транзистора.

Данное окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-IV в поле «Выбор компонента» пункта NMOS и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_ds», в котором можно установить следующие значения V_ds (напряжение сток-исток):

• «Начало» — начальное значение V_ds;
• «Окончание» — конечное значение V_ds;
• «Приращение» — значение шага V_ds (полученные точки будут использованы для построения графика).

В правой части окна расположено поле «Источник: V_gs», в котором можно установить следующие значения V_gs (напряжение затвор-исток):

• «Начало» — начальное значение V_ gs;
• «Окончание» — конечное значение V_ gs;
• «Приращение» — число шагов V_ gs (количество кривых на графике).

На рисунке 5 представлен пример диалогового окна «Параметры моделирования», согласно с заданными параметрами которого для получения вольт-амперной характеристики NMOS-транзистора напряжение сток-исток (V_ds) будет изменяться от 0 В до 14 В с шагом в 120 мВ, а напряжение затвор-исток (V_ gs) – от 3,5 В до 5 В. Пример подключения характериографа-IV к NMOS-транзистору и вольт-амперная характеристика данного компонента представлены на рисунке 6.

Рис. 6. Пример подключения характериографа-IV к NMOS-транзистору и вольт-амперная характеристика данного компонента.

Количество кривых на графике вольт-амперной характеристики соответствует установленному в поле «Источник: V_gs» значению параметра «Приращение» (рис. 5) – в нашем случае данное значение равно пяти.

На рисунке 7 представлен пример диалогового окна «Параметры моделирования» для PNP-транзистора.

Рис. 7. Диалоговое окно «Параметры моделирования» для PNP-транзистора.

Данное окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-IV в поле «Выбор компонента» пункта BJT PNP и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_ce», в котором можно установить следующие значения V_ce (напряжение коллектор-эмиттер):

• «Начало» — начальное значение V_се;
• «Окончание» — конечное значение V_се;
• «Приращение» — значение шага V_се (полученные точки будут использованы для построения графика).

В правой части окна расположено поле «Источник: I_b», в котором можно установить следующие значения I_b (ток базы):

• «Начало» — начальное значение I_b;
• «Окончание» — конечное значение I_b;
• «Приращение» — число шагов I_b (количество кривых на графике).

Установка/снятие флажка в чекбоксе «Нормализация» отображает значения V_се на кривых по оси Х с положительными/отрицательными значениями. Пример подключения характериографа-IV к PNP-транзистору и вольт-амперная характеристика данного компонента представлены на рисунке 8.

Рис. 8. Пример подключения характериографа-IV к PNP-транзистору и вольт-амперная характеристика данного компонента.

На рисунке 9 представлен пример диалогового окна «Параметры моделирования» для NPN-транзистора.

Рис. 9. Диалоговое окно «Параметры моделирования» для NPN-транзистора.

Данное окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-IV в поле «Выбор компонента» пункта BJT NPN и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_ce», в котором можно установить следующие значения V_ce (напряжение коллектор-эмиттер):

• «Начало» — начальное значение V_се;
• «Окончание» — конечное значение V_се;
• «Приращение» — значение шага V_се (полученные точки будут использованы для построения графика).

В правой части окна расположено поле «Источник: I_b», в котором можно установить следующие значения I_b (ток базы):

• «Начало» — начальное значение I_b;
• «Окончание» — конечное значение I_b;
• «Приращение» — число шагов I_b (количество кривых на графике).

Пример подключения характериографа-IV к NPN-транзистору и вольт-амперная характеристика данного компонента представлены на рисунке 10.

Рис. 10. Пример подключения характериографа-IV к NPN-транзистору и вольт-амперная характеристика данного компонента.

Представленный пример демонстрирует график вольт-амперной характеристики для отображения I_b = 1 мA, от 1 мA до 735 мA по оси Y, и от 1 мВ до 3,3 В по оси Х.

beluikluk Опубликована: 13.02.2016 0 2

Порядок выполнения работы

Снять обе ветви ВАХ диода (прямую и обратную) в программе моделированияMultisim. Для этого включить режим моделирования и изменять напряжение на диоде: клавишей «r» уменьшая, сочетанием «Shift»+«r» — увеличивая его. Величину напряжения снимать с вольтметра соответствующей схемы, величину тока — с амперметра. Показания приборов занести в таблицу. Выключить режим моделирования.

Расчетная часть

Построить характеристику диода. В точках, указанных преподавателем, произвести расчет дифференциального сопротивления методом треугольника и касательной: Ri= ΔUпр/ ΔIпр

Контрольные вопросы

1 Почему и до каких пределов Uпр прямая ветвь ВАХ нелинейная в нижней части?

2 Какие свойства p-n перехода используются в выпрямительных диодах?

3 Как определяется рабочий режим выпрямительного диода?

4 Чем отличаются кремниевые диоды от германиевых?

5 Что такое предельно допустимое обратное напряжение?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Исследование полупроводникового стабилитрона

Цель работы:исследовать работу полупроводникового (ПП) стабилитрона, изучить его ВАХ и рассчитать заданный параметр устройства.

Используемое оборудование:

– ПК,ПО Multisim

Краткие сведения

ПП стабилитрон– это кремниевый диод, работающий в режиме электрического пробоя и предназначенный для стабилизации напряжения. В нем используется свойство обратно включенного p-n перехода отраженное на ВАХ этого прибора.

При увеличении Uвх, сопротивление стабилитрона уменьшается, а ток, проходящий через него возрастает, напряжение на нем и на нагрузке почти не изменяется. Излишек напряжения гасится на балластном сопротивлении Rогр. С помощью Rогр подбирается режим работы стабилитрона.

Стабилизацию переменного напряжения можно получить при включении стабилитрона в прямом направлении, такой диод называется стабистором.Стабисторы отличаются от стабилитронов меньшим напряжением стабилизации.

При увеличении Uвх, сопротивление стабилитрона уменьшается, а ток, проходящий через него возрастает, напряжение на нем и на нагрузке почти не изменяется. Излишек напряжения гасится на балластном сопротивлении Rогр. С помощью Rогр подбирается режим работы стабилитрона.

Стабилизацию напряжения можно получить при включении стабилитрона в прямом направлении, такой диод называется стабистором.Стабисторы отличаются от стабилитронов меньшим напряжением стабилизации.

Вопросы допуска

1 Дайте определение полупроводникового стабилитрона.

2 Какова уникальная особенность стабилитрона?

3 Что определяет напряжение, при котором стабилитрон испытывает пробой?

4 Что определяет максимальный ток стабилизации стабилитрона?

5 В чем разница между максимальным током стабилизации и обратным током стабилизации?

6 Как можно температурно скомпенсировать стабилитрон?

Задание:

— провести исследование работы полупроводникового стабилитрона;

— построить ВАХ и сравнить ее с теоретической;

— определить рабочий участок характеристики;

— рассчитать напряжение стабилизации.

Содержание отчета

1 Название и цель работы.

2 Принципиальна схема включения стабилитрона.

Рисунок 1 — Схема исследования полупроводникового стабилитрона

3 Таблица измерений

%изменения Uвх

Iст.мА

Uст, В

4 Графическая характеристика.

5 Расчетная часть.

Порядок выполнения работы

Снять ВАХ стабилитрона в программе моделирования Multisim. Для этого включить режим моделирования и изменять напряжение на стабилитроне: клавишей «r» уменьшая, сочетанием «Shift»+«r» — увеличивая его. Величину напряжения снимать с вольтметра Us, величину тока — с амперметра I. Показания приборов занести в таблицу. Выключить режим моделирования.

Расчетная часть

По полученным данным построить ВАХ Uст = f (Iст) графически определить Rст :

Контрольные вопросы

1 В каком включении и какие свойства p-n перехода используются в стабилитроне?

2 Как происходит стабилизация напряжения в практических схемах?

3 Что называется напряжением стабилизации Uст.?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
Исследование ВАХ биполярного транзистора в схеме с общей базой (ОБ)

Цель работы:Исследовать работу биполярного транзистора в схеме с ОБ с помощью измерительных приборов, построить его ВАХ и выполнить расчет заданных параметров.

Используемое оборудование:

– ПК, ПО Multisim

Краткие сведения

Биполярный транзистор (БТ) – ПП с двумя взаимодействующими переходами и тремя или более выводами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда.

Резкое увеличение диффузии основных носителей (ОН) через переход, при котором в каждую из областей вводятся дополнительные неосновные заряды (НЗ), являющиеся для нее неосновными носителями (НН), называется инжекцией (прямое включение p-n перехода).

Снижение диффузии ОН, при котором в каждую область вводится небольшое количество НЗ, являющиеся для нее ОН, называется экстракцией.

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый кристалл, имеющий три области с чередующимся типом проводимости. Две крайние области имеют одинаковый тип проводимости, а средняя, находящаяся между ними, — противоположный.

Существуют транзисторы структурp-n-pиn-p-n .

Концентрация ОН в трех областях различна по своей величине. В соответствии с концентрацией ОН и процессами, происходящими в транзисторе, области называют эмиттер (Э), база (Б), коллектор (К), таким образом, создаются два p-n перехода: эмиттерный (ЭП) – между эмиттером и базой и коллекторный (КП) – между коллектором и базой.

При использовании транзисторов в качестве элементов схем к каждому его p-n переходу подключается внешнее постоянное напряжение, смещающее переход в том или ином направлении.

Имеются три основных режима работы транзисторов:

— активный, когда эмиттерный переход смещают в прямом направлении, а коллекторный – в обратном ;

— насыщения, когда оба перехода смещены в прямом направлении;

— отсечки, когда оба перехода смещены в обратном направлении.

Между этими токами существуют следующие соотношения:

Iэ = Iк + Iб; Iб << Iк; Iэ = Iк.

При использовании транзисторов различают две электрические цепи: входная, в которую включается источник сигнала, и выходная, в которую включается нагрузка. Для получения двух замкнутых цепей при трех выводах транзистора один их этих выводов делают общим для входной и выходной цепей. Поэтому имеется три возможные схемы включения биполярного транзистора: с общим эмиттером (ОЭ), с общей базой (ОБ), с общим коллектором (ОК). Каждая из этих схем включения имеет свои особенности, достоинства и недостатки.

Схема с ОБ.

В этой схеме эмиттер является входным электродом, коллектор – выходным, а база общим, поэтому:

Iвх = Iэ; Iвых = Iк; Uвх = Uэб; Uвых = Uкб.

Учитывая, что Iэ – прямой ток и Iк = Iэ; Uэб – прямое напряжение;
Uкб – обратное напряжение, можно получить:

Коэффициент передачи по потоку Кт =Iк / Iэ< 1 = 0,95…0,99;

Коэффициент передачи по напряжению Кн = Uкб / Uэб — сотни раз;

Коэффициент передачи по мощности Км = К –сотни раз;

Входное сопротивление Rвх = Uэб / Iэ — единицы – десятки Ом.;

Выходное сопротивление Rвых = Uкб / Iк — десятки – сотни кОм.

Вывод. Схема с ОБ не дает усиления по току, имеет низкое входное и высокое выходное сопротивление, не меняет фазу входного напряжения.

Вопросы допуска:

1 Почему в схеме с ОБ ток коллектора почти не зависит от напряжения на коллекторе и остается почти равным току эмиттера даже при напряжении на коллекторе равном нулю?

2 Каков механизм влияния коллекторного напряжения на эмиттерную характеристику?

3 Что определяет режим работы транзистора?

4 Какие недостатки имеет схема с ОБ?

5 Что такое дифференциальный коэффициент передачи тока базы?

Задание:

— практически снять реальные входные и выходные вольт – амперные характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с общей базой;

— сравнить полученные ВАХ с теоретическими;

— произвести графический расчет h-параметров биполярного транзистора, включенного по схеме с общей базой.