电力电子实验报告

实验一  功率场效应晶体管(MOSFET)特性

与驱动电路研究

一．实验目的：

1．熟悉MOSFET主要参数的测量方法

2．掌握MOSEET对驱动电路的要求

3．掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法

二．实验设备和仪器

1．         NMCL-07电力电子实验箱中的MOSFET与PWM波形发生器部分

2．双踪示波器

3．安培表（实验箱自带）

4．电压表（使用万用表的直流电压档）

三．实验方法

1．MOSFET主要参数测试

（1）开启阀值电压V_GS(th)测试

开启阀值电压简称开启电压，是指器件流过一定量的漏极电流时（通常取漏极电流I_D=1mA)的最小栅源极电压。

在主回路的“1”端与MOS 管的“25”端之间串入毫安表（箱上自带的数字安培表表头），测量漏极电流I_D，将主回路的“3”与“4”端分别与MOS管的“24”与“23”相连，再在“24”与“23”端间接入电压表, 测量MOS管的栅源电压Vgs，并将主回路电位器RP左旋到底，使Vgs=0。

将电位器RP逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表的读数，当漏极电流I_D=1mA时的栅源电压值即为开启阀值电压V_GS（th）。

读取6—7组I_D、Vgs，其中I_D=1mA必测，填入下表中。

（2）跨导g_FS测试

双极型晶体管（GTR）通常用h_FE（β）表示其增益，功率MOSFET器件以跨导g_FS表示其增益。

跨导的定义为漏极电流的小变化与相应的栅源电压小变化量之比，即g_FS=△I_D/△V_GS。

★ 注意典型的跨导额定值是在1/2额定漏极电流和V_DS=15V下测得，受条件限制，实验中只能测到1/5额定漏极电流值，因此重点是掌握跨导的测量及计算方法。

根据上一步得到的测量数值，计算gFS=0.0038Ω

（3)导通电阻R_DS测试

导通电阻定义为R_DS=V_DS/I_D

将电压表接至MOS 管的“25”与“23”两端，测量U_DS，其余接线同上。改变V_GS 从小到大读取I_D与对应的漏源电压 V_DS，测量6组数值，填入下表中。

（4）I_D＝f（V_SD）测试

I_D＝f（V_SD）系指V_GS＝0时的V_DS特性，它是指通过额定电流时，并联寄生二极管的正向压降。

a．      在主回路的“3”端与MOS管的“23” 端之间串入安培表，主回路的“4”端与MOS管的“25”端相连，在MOS管的“23”与“25”之间接入电压表，将RP右旋转到底，读取一对I_D与V_SD的值。

I_D=28.0mA    V_SD=0.58V

b．      将主回路的“3”端与MOS管的“23”端断开，在主回路“1”端与MOS管的“23”端之间串入安培表，其余接线与测试方法同上，读取另一对I_D与V_SD的值。

I_D=648mA  V_SD=0。72V

c．      将“1”端与“23”端断开，在在主回路“2”端与“23”端之间串入安培表，其余接线与测试方法同上，读取第三对I_D与V_SD的值。

I_D=674mA    V_SD=0.72V

2．快速光耦6N137输入、输出延时时间的测试

将MOSFET单元的输入“1”与“4”分别与PWM波形发生器的输出“1”与“2”相连，再将MOSFET单元的“2”与“3”、“9”与“4”相连，用双踪示波器观察输入波形（“1”与“4”）及输出波形（“5”与“9”之间），记录开门时间t_on、关门时间t_off。

t_on= 112ns   ，t_off=520ns

3.   驱动电路的输入、输出延时时间测试

在上述接线基础上，再将“5”与“8”、“6”与“7”、“10”与“11”、“12” 与“11”、“14”与“13”、”16”与“13”相连，用示波器观察输入“1”与“4”及驱动电路输出“18”与“9”之间波形，记录延时时间t_delay。

t_delay=272ns

4．电阻负载时MOSFET开关特性测试

（1）无并联缓冲时的开关特性测试

在上述接线基础上，将MOSFET单元的“9”与“4”连线断开，再将“20”与“24”、“22”与“23”、“21”与“9”相连，然后将主回路的“1”与“4”分别和MOSFET单元的“25”与“21”相连。用示波器观察“22”与“21”以及“24”与“21”之间波形（也可观察“22”与“21”及“25”与“21”之间的波形），记录开通时间t_on、存储时间t_s、关断时间t_off。

t_on= 1.28μs ，t_off=9.60μs

（2）有并联缓冲时的开关特性测试

在上述接线基础上，再将“25”与“27”、“21”与“26”相连，测试方法及测试量同上。

t_on=840ns ，t_off=7.60μs

5．电阻、电感负载时的开关特性测试

（1）有并联缓冲时的开关特性测试

将主回路“1”与MOSFET单元的“25”断开，将主回路的“2”与MOSFET单元的“25”相连，测试方法同上。

t_on=27.2 μs ，t_off=940ns

（2）无并联缓冲时的开关特性测试

将并联缓冲电路断开，测试方法同上。

t_on=21.8μs，t_off=1.4μs

6．不同栅极电阻时的开关特性测试

电阻、电感负载，有并联缓冲电路

（1）栅极电阻采用R₆=200Ω时的开关特性。

t_on=840ns  ，t_off=7.60μs

（2）栅极电阻采用R₇=470Ω时的开关特性。

t_on= 24μs ，t_off=2.16μs

（3）栅极电阻采用R₈=1.2kΩ时的开关特性。

t_on=29.6μs，t_off=4.8μs

7．栅源极电容充放电电流测试

电阻负载，栅极电阻采用R₆，用示波器观察R₆两端波形并记录该波形的正负幅值。

正幅值为 4.16V    负幅值为332mV

8 ．消除高频振荡试验

当采用电阻、电感负载，无并联缓冲，栅极电阻为R₆时，可能会产生较严重的高频振荡，通常可用增大栅极电阻的方法消除，当出现高频振荡时，可将栅极电阻用较大阻值的R₈。

六．实验总结

1.分析栅极电阻大小对开关过程影响的物理原因。

      开关速度由电容和电阻的时间常数决定，改变栅极电阻大小会改变时间常数，进而影响开关过程。

2．消除高频振荡的措施与效果。

      增加栅极电阻可以消除高频振荡。产生高频振荡的原因是在开关通断时，mosfet的结电容的充放电动作流过栅极回路，如果存在电感就会产生一个电压尖峰（U=L*di/dt）。增加栅极电阻，充放电电流会减小，在结电容不变的情况下充电时间（dt）会变长，从而减小尖峰的峰值，也就是消除了高频振荡。

3．实验的收获、体会

通过这个实验我熟悉了MOSFET主要参数的测量方法和MOSFET开关特性的测试方法，了解了数字示波器的使用，并联缓冲的作用，以及高频振荡产生的原因等。

第二篇：北航第二次光电子实验报告

光电子实验报告

光敏二极管特性测试

1.    测量暗电流

选取电源电压，可变电阻，测得暗电流。

可知其等价暗电阻为。

2.    测量二极管的伏安特性

由于其光强与调节器旋转圈数有关，下面实验均用光照调节器的旋转圈数代替光强。

由实验数据可知，当光强越大时，饱和电流越大，到达饱和电流的电压也越大。

3.测量二极管的光照特性

光照度越高，输入电压越高，二极管线性越好

光电池特性测试

1.测量光电池的光强与光电流的关系

显然当电阻越小，光强与光电流的线性关系越好。

2.光电池光电特性测量

此处所用光源为环境光。

随着光照的增加，光电压趋于饱和。

3.    光电池光照特性测量

随着光照增加，光电流逐渐趋于饱和。随着电阻的减小，到达饱和光电流时所需的光照增加，饱和光电流大小也增加。