Вольт-амперная характеристика (ВАХ)

Что такое вольт-амперная характеристика (ВАХ)

ВАХ — это вольт-амперная характеристика, а если точнее, зависимость тока от напряжения в каком-либо радиоэлементе. Это может быть резистор, диод, транзистор и другие радиоэлементы. Так как транзистор имеет более двух выводов, то он имеет множество ВАХ.

Думаю, не все, кто читает эту статью, хорошо учились в школе. Поэтому, давайте разберемся, что представляет из себя зависимость одной величины от другой. Как вы помните из школы, мы строили графики зависимости игрек (У) от икс (Х). Та переменная, которая зависит от другой переменной, мы откладывали по вертикали, а та, которая независима — по горизонтали. В результате у нас получалась система отображения зависимости «У» от «Х»:

Так вот, мои дорогие читатели, в электронике, чтобы описать зависимость тока от напряжения, вместо «У» у нас будет сила тока, а вместо Х — напряжение. И система отображения у нас примет вот такой вид:

Именно в такой системе координат мы будет чертить вольт-амперную характеристику. И начнем с самого распространенного радиоэлемента — резистора.

ВАХ резистора

Для того, чтобы начертить этот график, нам потребуется пропускать через резистор напряжение и смотреть соответствующее значение силы тока тока. С помощью крутилки я добавляю напряжение и записываю значения силы тока для каждого значения напряжения. Для этого берем блок питания, резистор и начинаем делать замеры:

Вот у нас появилась первая точка на графике. U=0,I=0.

Вторая точка: U=2.6, I=0.01

Третья точка: U=4.4, I=0.02

Четвертая точка: U=6.2, I=0.03

Пятая точка: U=7.9, I=0.04

Шестая точка: U=9.6, I=0.05

Седьмая точка: U=11.3, I=0.06

Восьмая точка: U=13, I=0.07

Девятая точка: U=14.7, I=0.08

Давайте построим график по этим точкам:

Да у нас получилась почти прямая линия! То, что она чуть кривая, связана с погрешностью измерений и погрешностью самого прибора. Следовательно, так как у нас получилась прямая линия, то значит такие элементы, как резисторы называются элементами с линейной ВАХ.

ВАХ диода

Как вы знаете, диод пропускает электрический ток только в одном направлении. Это свойство диода мы используем в диодных мостах, а также для проверки диода мультиметром. Давайте построим ВАХ для диода. Берем блок питания, цепляем его к диоду (плюс на анод, минус на катод) и начинаем точно также делать замеры.

Вторая точка: U=0.4, I=0.

Третья точка: U=0.6, I=0.01

Четвертая точка: U=0.7, I=0.03

Пятая точка: U=0.8,I=0.06

Шестая точка: U=0.9, I=0.13

Седьмая точка: U=1, I=0.37

Строим график по полученным значениям:

Ничего себе загибулина :-). Вот это и есть вольт-амперная характеристика диода. На графике мы не видим прямую линию, поэтому такая вольт-амперная характеристика называется НЕлинейной. Для кремниевых диодов она начинается со значения 0,5-0,7 Вольт. Для германиевых диодов ВАХ начинается со значения 0,3-0,4 Вольт.

ВАХ стабилитрона

Стабилитроны работают в режиме лавинного пробоя. Выглядят они также, как и диоды.

Мы подключаем стабилитрон как диод в обратном направлении: на анод минус, а на катод — плюс. В результате, напряжение на стабилитроне остается почти таким же, а сила тока может меняться в зависимости от подключаемой нагрузки на стабилитроне. Как говорят электронщики, мы используем в стабилитроне обратную ветвь ВАХ.

Рекомендуем посмотреть видео материал на эту тему:

Источник

Вольтамперные характеристики полупроводников

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) — зависимость тока, протекающего через сопротивление, от напряжения на этом сопротивлении, выраженная графически. ВАХ могут быть линейными и нелинейными, и в зависимости от этого сопротивления и цепи, содержащие данные сопротивления, разделяются на линейные и нелинейные.

Итак, вольтамперная характеристика — зависимость электрического напряжения от силы тока в электрической цепи или её отдельных элементах (реостате, конденсаторе и др.). У линейных элементов электрической цепи вольтамперная характеристика — прямая линия.

В полупроводниковых выпрямительных диодах подбором полупроводников с разного типа электропроводностью (n-типа и р-типа) добиваются несимметричной вольтамперной характеристики (рис. 2).

В результате этого при одной полуволне переменного напряжения полупроводниковый выпрямитель будет пропускать ток. Это ток, протекающий в прямом направлении Iпр, который быстро возрастает с повышением первой полуволны переменного напряжения.

При воздействии же второй полуволны напряжения система двух полупроводников (в плоскостном выпрямителе) не пропускает тока в обратном направлении Iобр. Очень незначительная величина тока Iобр протекает через р-n-переход вследствие наличия в полупроводниках неосновных носителей тока (электронов в полупроводнике р-типа и дырок в полупроводнике n-типа). Причиной этого является большое сопротивление переходного слоя (р-n-переход), возникающего между полупроводником р-типа и полупроводником n-типа.

С дальнейшим повышением второй полуволны переменного напряжения обратный ток Iобр начнет медленно возрастать и может достигнуть значений, при которых наступит пробой запорного слоя (р-n-перехода).

Рис. 1. Вольт-амперная характеристика полупроводника

Рис. 2. Несимметричная вольтамперная характеристика полупроводникового выпрямителя (плоскостной диод)

Чем больше отношение величины прямого тока к величине обратного тока (измеренных при одинаковых значениях напряжения), тем лучше свойства выпрямителя. Это оценивается величиной коэффициента выпрямления, представляющего собой отношение прямого тока I’пр к обратному I’обр при одной и той же величине напряжения:

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Вольт-амперные характеристики и параметры резистора, катушки индуктивности и конденсатора.

Снятие вольт-амперных характеристик. В данной лабораторной
работе резистор, катушка индуктивности (без ферромагнитного
сердечника) иконденсатор исследуются только при синусоидальных

напряжениях и токах. В этих условиях вольтамперная характеристика

элемента электрической цепи есть зависимость между действующим значением напряжения, подаваемого на элемент, и действующим значением тока, потребляемого этим элементом.

Вольт-амперные характеристики снимаются по схеме, показанной на рис. 1.1. Схема собирается на универсальном лабораторном стенде, краткое описание которого дано в приложении.

Исследуемый элемент (либо резистор, либо
катушка индуктивности, либо конденсатор),
представленный на рисунке 1.1 комплексным
сопротивлением Z, подключается к клеммам 1 и 2.
При сборке схемы в качестве точек 1 и 2 удобно
использовать группы свободных контактов,
имеющихся на стенде.

Рисунок 1.1. Схема Действующие значения напряжения U и тока

измерительного стенда I, по которым строится вольтамперная характеристика, измеряются соответственно вольтметром V и амперметром А. На вход схемы от дискретно регулируемого источника подается синусоидальное входное напряжение . Диапазон регулирования действующего значения входного напряжения указан на источнике.

По мере изменения действующего значения входного напряжения фиксируются соответствующие пары величин U и I, по которым строится вольт-амперная характеристика.

В процессе проведения этого и последующих опытов, помимо всех обычных требований по технике безопасности, следует.

1. перед каждым переключением в схеме необходимо переводить
переключатель источника в положение «0»,

2. постепенно увеличивать входное напряжение, контролируя
показания всех измерительных приборов (во избежание их
зашкаливания).

На сменной плате №1 стенда имеются три резистора (рис П9). В лабораторной работе исследуется только один резистор при трех положениях переключателя, изменяющего величину сопротивления R резистора Таким образом, снимаются три вольт-амперные характеристики, отвечающие трем значениям сопротивления R₁ R₂ и R₃. Результаты измерений заносятся в таблицу 1.1.

Вольт-амперные характеристики резистора

В лабораторной работе исследуется только одна из трех катушек индуктивности, имеющихся на стенде. Снимаются три вольт-амперные характеристики, отвечающие трем положениям переключателя этой катушки. Результаты измерений заносятся в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 Вольт-амперные характеристики катушки индуктивности

Аналогичным образом снимаются три вольт-амперные характеристики одного из конденсаторов, отвечающие трем положениям его переключателя Результаты измерений заносятся в таблицу 1.3.

Вольт-амперные характеристики конденсатора

Определение параметров исследуемых элементов. Основными электрическими параметрами исследуемых элементов являются:

Электрические параметры электротехнических устройств определяются их конструктивными и физическими параметрами. Например, сопротивление резистора зависит от величины удельного сопротивления р, длины l и площади поперечного сечения S проводника, из которого изготовлен резистор;

Этой зависимостью можно воспользоваться и для определения сопротивления R_K катушки индуктивности.

Индуктивность L тороидальной катушки (а также длинной цилиндрической катушки) связана с ее физическими и конструктивными параметрами выражением

(1.1)

Емкость С плоского конденсатора определяется абсолютной диэлектрической проницаемостью ε_а среды между обкладками конденсатора, площадью S обкладок и расстоянием h между обкладками:

Аналогичные формулы получены и для других конструктивных исполнений рассматриваемых элементов Однако воспользоваться этими формулами для практического определения искомых электрических параметров в большинстве случаев не удается. Экспериментальное определение многих величин, входящих в эти формулы, представляет собой достаточно трудную задачу, так как связано с необходимостью «заглянуть» внутрь элементов, что, как правило, приводит к их разрушению.

Широкое применение получил косвенный метод определения электрических параметров элементов электрических цепей. Метод основан на применении закона Ома в символической форме:

(1.2)

(1.3)

Из (1.2) следует взаимосвязь между действующими значениями напряжения U и тока I:

(1.4)

Согласно принятым схемам замещения исследуемых элементов (см. рис. 1.2)

поэтому из выражения (1.4) находим

(1.5)

б) для катушки индуктивности

(1.6)

(1.7)

и из выражения (1.4) получаем

(1.8)

в) для конденсатора

(1.9)

и согласно (1.4) имеем

(1.10)

Подстановка величин U и I из таблицы 1.1 в формулу (1 3)
позволяет вычислить полное сопротивление Z резистора (для каждого
положения переключателя).

Так как при каждом положении переключателя было сделано несколько замеров величин U и I, то будет определено несколько значений величины Z (заносятся в таблицу 1.1), которые из-за погрешностей эксперимента могут незначительно отличаться друг от

друга Эти значения величины Z усредняются и согласно равенству (1.5) дают искомые значения сопротивления R резистора, отвечающие соответствующим положениям переключателя.

Итоговые (после усреднения) значения Z и R заносятся в таблицу 1.4.

Аналогично определяется емкость конденсатора. Согласно формуле (1.3) по данным таблицы 1.3 находятся величины Z; они усредняются в соответствии с равенством (1.10) дают емкостное сопротивление х_с конденсатора. Далее из выражения (1.9) вычисляется емкость С:

(при частоте входного напряжения f = 50 Гц угловая частота

= 314 рад/с).

Источник

Лабораторная работа: «Вольтамперная характеристика лампы накаливания, резистора и полупроводникового диода»

Лабораторная работа № 8

Тема: «Вольтамперная характеристика лампы накаливания, резистора и полупроводникового диода»

Цель работы: исследовать вольтамперные характеристики лампы накаливания, резистора и полупроводникового диода.

1. Краткое теоретическое описание

Вольтамперной характеристикой (ВАХ) элемента называется зависимость силы тока через элемент от напряжения между его концами.

Резистор является линейным элементом, потому что при постоянной температуре его вольтамперная характеристика – прямая линия (Рисунок 1), угол наклона которой зависит от сопротивления резистора.

Рисунок 1 – ВАХ резистора

Примерами нелинейных элементов являются лампы накаливания, полупроводники и др.

ВАХ является основной характеристикой нелинейного элемента, необходимой для описания его работы в электрических цепях.

Измерения ВАХ можно проводить как на постоянном токе, так и на переменном, т.е. в динамическом режиме.

Рассмотрим ВАХ некоторых нелинейных элементов. Как известно, основным элементом лампы накаливания является вольфрамовая нить.

При пропускании через неё тока она нагревается до высоких температур и излучает свет. При этом с повышением температуры сопротивление нити возрастает.

Поэтому ВАХ лампы накаливания оказывается нелинейной (Рисунок 2).

Рисунок 2 – ВАХ лампы накаливания

Другим примером нелинейного элемента является полупроводниковый диод, который обладает различной проводимостью в зависимости от полярности приложенного к нему напряжения.

Типичная ВАХ полупроводникового элемента с одним p-n переходом представлена на Рисунке 3.

Рисунок 3 – ВАХ полупроводникового диода

Полупроводниковые выпрямительные диоды работают на прямой и обратной ветвях ВАХ до пробоя: пропускают ток только в одном направлении. Пробой может вызывать необратимые разрушения.

Светодиоды (диоды, излучающие свет) работают на прямой ветви ВАХ. Напряжение пробоя у них небольшое (единицы вольт). При кратковременном включении светодиода в обратном направлении и небольшом напряжении его свойства после пробоя могут восстановиться, но могут привести и к необратимым разрушениям. Поэтому необходимо соблюдать полярность подключения светодиода.

При работе с переменным током во избежание пробоя светодиода параллельно ему подключают другой диод с противоположным направлением пропускания тока, чтобы ограничить обратное напряжения на светодиоде.

На Рисунке 4 представлены вольтамперные характеристики светодиодов, изготовленных из разных полупроводниковых материалов.

Видно, что при прямом включении ток в светодиодах начинает течь (светодиод «открывается» – начинает светиться) при больших напряжениях, чем в кремниевых диодах.

Рисунок 4 – ВАХ кремниевого диода и светодиодов различного цвета

Различие прямых ветвей вольтамперных характеристик для разных полупроводниковых материалов связано с различной шириной запрещенной зоны. Чем меньше длина волны излучаемого света, тем больше прямое падение напряжения на диоде и потери электрической энергии в нем. Обратные ветви вольт-амперных характеристик соответствуют относительно малым пробивным напряжениям, что объясняется малой толщиной p–n переходов. Светодиоды работают только при прямом включении.

2. Порядок выполнения работы

1. Собрать цепь по схеме, изображенной на Рисунке 5.

Рисунок 5 – Экспериментальная схема с резистором

2. Включить источник питания. Замкнуть выключатель (ключ).

4. Записать результаты в Таблицу 1.

5. Вычислить отношение измеренного на резисторе напряжения к измеренному значению силы тока и полученные значения сопротивления записать в Таблицу1.

Таблица 1 – Результаты измерений и вычислений для снятия ВАХ резистора

Источник

4.2.3. По данным опыта построить в той же системе координат ВАХ для двух нелинейных элементов НЭ1, НЭ2 соединённых последовательно.

4.2.4. Построить в той же системе координат ВАХ для нелинейных элементов НЭ1, НЭ2 соединённых последовательно, графически на основе построенных ВАХ для каждого нелинейного элементаНЭ1, НЭ2.

4.2.5. Рассчитать статическое сопротивление последовательно соединённых нелинейных элементов НЭ1, НЭ2.

4.3. Параллельное соединение нелинейных элементов НЭ1, НЭ2. Измерение тока.

4.3.1. Собрать электрическую цепь и показать её преподавателю для проверки. Участок электрической цепи (рис.3) подключить к зажимам 1, 2 электрической цепи (рис.1) при отключенном регуляторе напряжения от сети.

Затем аналогично п. 4.2.2.-4.2.5. выполнить измерение тока, построение ВАХ в той же системе координат нелинейных элементов НЭ1, НЭ2, соединённых параллельно, расчёт статического сопротивления. Результаты измерений и расчёта записать в табл.4.

4.4. Сравнивая ВАХ, построенных для последовательно и параллельно соединённых нелинейных элементов НЭ1, НЭ2 на основе опытных данных и графически на основе отдельных ВАХ для НЭ1, НЭ2, сделать вывод.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

5.2. Приборы и оборудование.

5.3. Выполнение рабочего задания.

5.3.3.Схема замещения электрической цепи.

5.3.4.Таблица результатов измерений и вычислений.

5.3.5.Основные расчётные формулы, векторные диаграммы.

5.3.6.ВАХ нелинейных элементов НЭ1, НЭ2, ВАХ при последовательном и параллельном их соединении на основе опыта и графически.

5.4.Выводы по работе.

6. контрольные вопросы

6.1 Какие резисторы считают линейными и нелинейными?

6.2 Как графически рассчитать цепь при последовательном соединении резисторов?

6.3 Как графически рассчитать цепь при параллельном соединении линейных резисторов?

6.4 Что такое статическое сопротивление?

7. рекомендуемая литература

7.1 Евдокимов Ф.Е. «Теоретические основы электротехники», М. «Высшая школа», 1975.

Электрические цепи, в которых сопротивления участков являются функциями тока или напряжения, называются нелинейными. Для расчёта нелинейной цепи должны быть заданы для всех сопротивлений зависимости I(U). График, выражающий зависимость тока от напряжения I(U), называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Для линейных элементов цепи, сопротивление которых не зависит от тока и напряжения, этот график имеет вид прямой, проходящей через начало координат (1).

Для нелинейных элементов этот график выражается кривой линией (2). Аналинтический расчёт нелинейных цепей сложен, поэтому нелинейные цепи часто рассчитываются графическим методом. Рссмотрим, как определяются токи и напряжения на отдельных участках электрической цепи при последовательном соединении двух нелинейных элементов.

Выбрав одинаковый масштаб, построим в общей системе координат ВАХ каждого элемента цепи.

По ВАХ I1(U), I2(U) построим общую ВАХ I(U). Для этого, выбрав произвольное значение тока I, найдём точки A’ и A’’ на ВАХ I1(U) и I2(U), координаты которых выражают ток I, и сложим абциссы этих точек, поскольку при последовательном соединении напряжения на отдельных элементах складываются, таким образом мы получим точку А.

Задаваясь другии значениями тока I’, I’’, … найдём точки В, С, и т.д., через которые проходит общая ВАХ. При параллельном соединении двух нелинейных элементов ток в каждом элементе при заданном напряжении на зажимах сети U можно найти по ВАХ элементов.

Результирующую ВАХ получаем суммированием ординат I1 и I2 при одинаковых напряжениях, для чего проводим прямые, параллельные оси ординат и складываем токи при одинаковых напряжениях I=I1+I2.

задание для домашней подготовки к работе

Ознакомиться по учебнику, конспекту с материалом о расчёте нелинейных цепей.

Внимательно ознакомиться с описанием соответствующей лабораторной работы и установить: в чем состоит основная цель и задача этой работы.

Подготовить в рабочей тетради соответствующие схемы, таблицы наблюдения и расчетные формулы.

Сделать предварительный домашний расчет, если требуется в задании.

Устно ответить на контрольные вопросы.

Подготовить лист отчета, в котором записать:

б) основные расчетные формулы.

а) таблицу приборов и оборудования;

б) схему электрической цепи, схему замещения.

Источник

• ← почему не сохраняются истории в инстаграмме в архиве
• составить короткий план на историю кавказский пленник →