2. Алгоритм виконання лабораторної роботи

Порядок виконання лабораторної роботи та основні її етапи показані на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Алгоритм виконання лабораторної роботи.

3. Хід виконання лабораторної роботи

Для виконання лабораторної роботи необхідно:

1. Познайомитися з технічним завданням (ТЗ).

2. Проаналізувати схему діодного ключа.

3. Обрати діод та його модель.

4. Ввести параметри компонентів схеми ключа (див.ТЗ).

5. Провести моделювання схеми.

6. Провести аналіз результату відповідно до технічного завдання. Якщо умови ТЗ виконати неможливо, необхідно вибрати інший тип діода (взяти більш високочастотний діод) або змінити параметри компонентів схеми ключа. При неможливості виконати ТЗ з кремнієвим діодом замінити його на діод Шотткі.

3.1. Технічне завдання

Розробити схему діодного ключа призначеного для обмеження імпульсної напруги за наступними параметрами:

1. Швидкодія ключа: T_{сер.розп} < 3 нс. Рівень обмеження напруги зверху: U_i⁺ ≈6 В (Див. пояснення до рис. 8.4).

2. Вхідний імпульс - двополярний:

- тривалість імпульсу кожної полярності: 20нс (двохполярного 40нс)

- період: 40нс

3. Межі зміни амплітуди вхідних імпульсів генератора: -10 В ... 10 В. Ці межі можна обрати самостійно. Амплітуда вхідних імпульсів впливає на швидкодію ключа.

4. Навантаження: резистивно-ємнісне (Rн = 100 кОм, Cн = 10 пФ)

5. Тип діода: - для кремнієвих діодів: 1N4148, 1N4448, 1N914 - для діодів Шотткі: 1N5711; 1N5817, 1N5819.

Параметри діодів можна знайти в бібліотеці Multisim 10 або в іншій технічній літературі чи мережі Internet.

3.2. Вибір схеми діодного ключа

Діодні ключі найчастіше використовуються як обмежувачі амплітуди в підсилювачах та інших електронних схемах чутливих до рівня вхідного сигналу. Тому будемо моделювати роботу діодного ключа в схемі обмежувача напруги, який використовується в цифрових схемах для захисту логічних елементів від недопустимих перевищень напруг. Схема такого ключа показана на рис.8.4.

Рис. 8.4. Схема діодного обмежувача напруги “зверху” (паралельне включення діода).

До входу схеми підключене двополярне джерело прямокутних імпульсів напруги E_дж. R_дж - внутрішній опір джерела. При R_дж < R_{екв_н} - джерело є джерелом напруги, при R_дж > R_{екв_н} - джерело є джерелом струму. R_{екв_н} — еквівалентне навантаження вхідного джерела, що складається із паралельно з'єднаних R_дж , R_д та R_н. Постійне джерело зміщення E_зм ввімкнено “плюсом” до катода діода.

Навантаження – резистивно-ємнісне. Воно складається з ємності C_н та резистора R_н, які мають значення R_н = 100кОм та C_н = 10 пФ, що відповідають типовим значенням опору та ємності навантаження.

Для протікання струму через діод необхідно, щоб різниця потенціалів між катодом і анодом була більшою 0,7В (напруга відкритого стану для кремнієвого діода). Коли потенціал анода більший потенціалу катода на 0,7В, струм буде протікати через діод.

Рис. 8.5 дає графічну ілюстрацію роботи діодного ключа - обмежувача амплітуди «зверху». Якщо імпульс позитивної полярності безпосередньо приклаcти до діода, то він перевантажиться за струмом і вийде з ладу, тому що вже при 0.7 В діод відкритий. Щоб виконати умову ТЗ і не вивести діод з ладу потрібно подати E_зм, обравши її таким чином, щоб для конкретно обраного діода, E_зм+U_пр= U_i⁺, де U_i⁺ - амплітуда позитивного обмеженого імпульсу. Для U_пр, потрібно визначити I_пр. Після чого на ВАХ обраного діода визначити робочу точку, тобто по I_пр знайти U_пр .

Рис. 8.5. До пояснення принципу роботи діодного обмежувача напруги “зверху” (паралельне включення діода).