Лабораторные работы по электронике Исследование полевых транзисторов Исследование биполярных транзисторов Полупроводниковые выпрямители Электронный усилитель на транзисторах Исследование варикапов

Лабораторная работа №3

Исследование варикапов

Цель работы - ознакомление с основными параметрами и характеристиками варикапов.

Общие сведения

Варикап — обратносмещенный полупроводниковый диод, предназначенный для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью. У варикапов нормируют (и обеспечивают при производстве) емкость р-n-перехода при определенном напряжении смещения на нем и добротность. При увеличении обратного напряжения емкость варикапа уменьшается по закону

  

где Св — емкость диода; С0 — емкость диода при нулевом обратном напряжении; φк — контактная разность потенциалов; n — коэффициент, зависящий от типа варикапа (n= 1/2 - 1/З); Uв – обратное напряжения на варикапе.

 Варикап, предназначенный для умножения частоты сигнала, называют варактором.

К основным параметрам варикапа относят:

 Общая емкость варикапа Св – емкость, измеренная при определенном обратном напряжении (измеряется при U = 5В и составляет десятки – сотни рФ);

Коэффициент перекрытия по емкости Кп = Св max/Св min — отношение емкостей варикапа при двух крайних значениях обратного напряжения (Кп=5-8 раз);

Добротность варикапа Q=Хс/rп где Xc – реактивное сопротивление варикапа; rп  – сопротивление активных потерь;

Обратный ток Iобр — постоянный ток, протекающий через варикап в обратном направлении при заданном обратном напряжении.

Задание

Расчетная часть

1. Рассчитать вольт-фарадную характеристику (ВФХ) варикапа Св=f(Uв)

 ,

 где  - напряжение на варикапе,

 * - начальная емкость при ,

  - контактная разность потенциалов.

2. Определить коэффициент перекрытия по емкости и диапазон изменения резонансной частоты контура

 .

Исходные данные к расчету

Варикап КВ103А, , , мГн.

Экспериментальная часть

 

 

 Рис. 10

Исследовать работу варикапа:

определить резонансную частоту контура рис. 10 при  и начальную емкость варикапа С0 ;

изменяя напряжение на варикапе, определить диапазон изменения резонансной частоты контура , , соответствующие , ;

определить коэффициент перекрытия по емкости Кс;

cнять вольт-фарадную характеристику (ВФХ) варикапа в данном диапазоне частот ;

Описание лабораторной установки

 Принципиальная схема макета, представленная на рис. 10, позволяет изучить основные свойства варикапа. Для снятия вольт-фарадной характеристики (ВФХ) варикапа на его катод подается регулируемое напряжение Eсм положительной полярности от стабилизированного источника питания. ВЧ-сигнал подается на контур через резистор R1 с внешнего генератора.

Указания по выполнению работы

Для определения резонансной частоты контура при  на колебательный контур рис. 10 через резистор R1 подается синусоидальный сигнал с внешнего генератора амплитудой 4В. Изменяя частоту генератора в диапазоне рабочих частот колебательного контура (рассчитанных в предварительном задании), с помощью осциллографа определяют резонанс контура Uвыхмакс. Более точное значение резонансной частоты фиксируют частотомером, который подключается к выходному гнезду контура вместо осциллографа. Рассчитывают начальную емкость варикапа

 С0=1/4p2fpL.

Значение начальной емкости варикапа С0 соответствует минимальному значению частоты рабочего диапазона fрmin. Определение диапазона изменения резонансной частоты контура сводится к увеличению напряжения на варикапе для получения минимального значения емкости варикапа Свmin, что соответствует максимальную значению частоты рабочего диапазона fрmax. Для изменения напряжения на варикапе используют стабилизированный источник питания, напряжение с которого подключается к клеммам “ Ecм ” на лабораторном стенде в соответствующей полярности (+ на катод варикапа).

Для снятия ВФХ с помощью резистора R2 изменяют управляющее напряжение на варикапе, фиксируя каждое значение вольтметром постоянного тока. Изменяя частоту внешнего генератора, с помощью осциллографа находят резонанс контура, точное значение резонансной частоты фиксируют частотомером.

Для расчета добротности резонансного контура определяют ширину полосы пропускания контура рис. 11, которая определяется по уровню 0,707 от максимального значения. Милливольтметром переменного тока определяют максимальное выходное напряжение Uвыхмакс, соответствующее резонансной частоте, рассчитывают 0,707Uвыхмакс. Расстраивая контур влево и вправо от резонанса до уровня Uвых=0,707Uвыхмакс, частотомером фиксируют крайние частоты и находят Df как разницу данных частот. Добротность контура определяется выражением

  Q=fр/Df.

 Выполнение пункта 2 удобно совместить с выполнением пункта 1.

  Рис. 11

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

Цель работы.

Исходные данные для расчета.

Предварительный расчет.

Принципиальную схему лабораторной установки.

Таблицы экспериментальных и расчетных данных.

Графики зависимостей, полученных в результате эксперимента и расчета.

Краткие выводы по результатам расчета и эксперимента.

Контрольные вопросы

Какие полупроводниковые диоды называют варикапами?

Назначение варикапов, нарисовать пример применения варикапа, пояснить принцип его работы.

Перечислить основные параметры варикапов.

Как изменится емкость варикапа при увеличении обратного напряжения?

Что такое варактор?

Можно ли использовать в качестве варикапа обычный полупроводниковый диод или, например, коллекторный (эмиттерный) переход биполярного транзистора?

Как экспериментально снять вольт-фарадную характеристику варикапа?

Как определить полосу пропускания контура?

Что такое добротность, как она определяется для варикапа и резонансного контура?

Как в лабораторной работе снималась зависимость добротности контура в полосе рабочих частот?

Рекомендуемая литература

Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. – М.: Высшая школа, 1991.

Жеребцов И.П. Основы электроники. – Л.: Энергоатомиздат, 1990.

Прянишников В.А. Электроника: полный курс лекций. – С.-П.: Корона принт, 2004.

Андреев А.В., Горлов М.И. Основы электроники. – Р.-Д.: Феникс, 2003.

Бобровников Л.З. Электроника. – СПб: Питер, 2004.

Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника. – Р.-Д.: Феникс, 2002.

Формирование навыков исследовательской работы, получения и обработки экспериментальных результатов, а также умения моделирования физических процессов при решении конкретных физических задач
Методические указания к выполнению лабораторных работ по электронике