12657

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ Цель работы: Изучение вольт-амперных характеристик ВАХ полупроводниковых диодов ППД методов их аппроксимации исследование динамических

Русский

2013-05-02

94 KB

9 чел.

PAGE  5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

Цель работы: Изучение вольт-амперных характеристик (ВАХ) полупроводниковых диодов (ППД), методов их аппроксимации, исследование динамических свойств выпрямительных и импульсных диодов, расчет и экспериментальное исследование типовой схемы параметрического стабилизатора напряжения.

ВВЕДЕНИЕ

Полупроводниковые диоды классифицируются по назначению, физическим свойствам. Основным электрическим параметрам, конструктивно-технологическим признакам, роду исходного полупроводникового материала. Все перечисленные критерии находя отражение в семизначном буквенно-цифровом коде, которым обозначается прибор по ОСТ 11 336. 038-77 1.

Так например: кодом КД202А обозначается кремниевый выпрямительный диод (КД) с постоянным или средним током 0,3…10 А (2), предназначенный для устройств широкого применения (К), номер разработки 2, группа А; 2Д212Б – кремниевый (2Д) выпрямительный диод с постоянным током 0,3…10 А (2) специального применения (2Д вместо КД), номер разработки 12, группа Б; КС156А – кремниевый стабилитрон специального применения (2С, а не КС) мощностью не более 0,3 Вт (1) с напряжением стабилизации 5,6 В (56), группа А.

В работе изучаются наиболее распространенные классы ППД: диоды, предназначенные для работы в выпрямителях (выпрямительные диоды), быстродействующие импульсные диоды для ключевых схем и опорные диоды (стабилитроны), предназначенные для создания опорных напряжений.

На рис. 1 приведена схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой. В первый полупериод (полярности без скобок) открыт диод VD1 и в верхнем плече схемы протекает ток

Рис. 1

.

Диод VD2 заперт напряжением Uобр = 2U2Uд1. В нижнем плече течет ток iобр2. Напряжение на нагрузке и полезная мощность выпрямителя

Мощность, потребляемая от вторичной обмотки

.

КПД выпрямителя = Рн/Рп, где Рн, Рп – среднее значение мощности в нагрузке и действующее значение потребляемой мощности соответственно. Чем больше прямое напряжение на диоде и его обратный ток, тем меньше КПД выпрямителя.

Для высоковольтных выпрямителей важнее iобр, а для низковольтных Uд прям. Поэтому основными требованиями к статическим параметрам выпрямительных диодов являются: малое прямое напряжение и малый обратный ток при достаточно больших предельных прямых токах и обратных напряжениях.

КПД выпрямления зависит от частоты U1. С ростом частоты КПД выпрямителя уменьшается. Это связано с инерционностью диодов, которая проявляется при их запирании. Ранее открытый диод, например VD1, не может мгновенно восстановить высокое обратное сопротивление при смене полярности U2, поскольку в его базе накопился заряд носителей тока, имеющих конечную скорость перемещения (подвижности). В некотором смысле открытый диод подобен заряженному конденсатору, способному проводить переменный ток. Пока идет процесс рассасывания носителей в базе диода, в схеме существует короткозамкнутый контур, образованный вторичными полуобмотками трансформатора и обоими диодами. По этому контуру течет паразитный ток, снижающий КПД выпрямителя.

Быстродействие ППД повышают специальными физико-технологическими методами, например, использованием диффузионной технологии изготовления, вместо сплавной (что позволяет получать тонкие базы), а также введением примесей, снижающих время жизни носителей.

В работе исследуются и сравниваются динамические свойства сплавного и диффузионного диодов, рассчитанных на приблизительно равные токи.

Увеличение КПД низковольтных выпрямителей достигается применением диодов Шотки, имеющих меньшее прямое напряжение (Uд прям  0,5 В).

Опорные полупроводниковые диоды (стабилитроны) применяются в качестве эквивалентных источников эталонного напряжения в схемах стабилизированных источников питания и в схемах сравнения. На рис. 2 приведена простая схема стабилизатора постоянного напряжения, в которой нагрузка включена параллельно опорному диоду. Диод работает в режиме пробоя. Рабочая точка (РТ) находится на крутом и почти вертикальном участке обратной ветви ВАХ (рис. 3). При изменении входного напряжения или сопротивления нагрузки РТ перемещается по ВАХ ППД, ток через диод меняется, но напряжение на диоде остается практически неизменным, благодаря малому динамическому сопротивлению стабилитрона rст. Качество стабилизатора напряжения зависит от rст, технологического разброса напряжения стабилизации Uст и температурного коэффициента этого напряжения ст.

Рис. 2

Рис. 3

Расчет схемы при заданных Rн, Rн, Uвх max, Uвх min, Uст заключается в выборе типа диода и определения сопротивления ограничительного резистора

.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1. Снятие ВАХ полупроводниковых диодов (схема на рис. 4)

Получить у преподавателя диоды, по справочнику определить их тип и предельные параметры. При снятии ВАХ не выходить за границы параметров!

Рис. 4

Вставить первый диод в гнезда съемной панели. Подобрать резистор Rдоп, исходя из условия

,

Рис. 5

где Uвх max – максимальное вхо-дное напряжение внешнего источника (Uвх max = 30 В), I – максимальный прямой ток диода (для стабилитрона – максимальный ток стабилизации), PR – мощность используемых резисторов (2 Вт). Из двух рассчитанных значений Rдоп необходимо выбрать большее.

Включить параллельно диоду вольтметр АВО5-М, а параллельно измерительному сопротивлению Rн = 100 Ом – цифровой вольтметр В7-27. Изменяя входное напряжение и его полярность, снять ВАХ ППД в прямом и обратном направлениях. Повторить эксперимент с другими диодами, уточняя каждый раз Rдоп.

Построить ВАХ всех диодов и определить параметры кусочно-линейной аппроксимации (рис. 5).

2. Исследование низковольтного выпрямителя (схема на рис. 6)

Вместо источника постоянного напряжения подключить к схеме генератор звуковой частоты Г3-33 так, чтобы образовалась схема рис. 1 на двух низкочастотных диодах. Параллельно входу выпрямителя подключить вольтметр переменного напряжения В3-38, а параллельно нагрузке (Rн) – вольтметр постоянного напряжения АВО-5М. Установить U2 = 3…5 В и, поддерживая его неизменным с помощью регулировки выходного напряжения ЗГ, снять зависимость напряжения на нагрузке от частоты входного напряжения
Uн = (fU2). Рассчитать КПД выпрямителя по приближенной формуле = Uн/U2. Результаты занести в таблицу 1. Построить полученную зависимость.

Рис. 6

Таблица 1

fU2

50 Гц

500 Гц

5 кГц

50 кГц

200 кГц

Uн

Отключить от схемы нижний диод (снять перемычку).

Включить параллельно нагрузке осциллограф и зарисовать осциллограммы Uвх(t) и Uн(t) при f = 20 кГц.

Объяснить характер осциллограмм.

3. Измерение времени восстановления ППД (схема на рис. 7)

Вместо Г3-33 подключить на вход схемы генератор прямоугольного знакопеременного напряжения (смонтирован внутри лабораторного стенда). Оставить в схеме один выпрямительный диод. Включить параллельно нагрузке (Rн = 100 Ом) осциллограф и зарисовать осциллограммы Uвх(t) и Uн(t), объяснить характер Uн(t). Определить время рассасывания диода и постоянную времени процесса рассасывания по формуле

,

где Iпр, Iобр – амплитуды прямого и обратного тока через диод, tрас – интервал неизменного по амплитуде обратного тока (рис. 8).

Определить по осциллограмме постоянную времени спада обратного тока. Провести эксперимент с выпрямительным диодом другого типа. Сравнить полученные данные.

Рис. 7

Рис. 8

4. Испытание стабилизатора напряжения (схема на рис. 9)

Рис. 9

Получить у преподавателя исходные данные для расчета схемы. Рассчитать Rогр, используя снятую ВАХ стабилитрона и справочные данные. Собрать схему стабилизатора. Включить на вход источник постоянного напряжения и вольтметр АВО-5М, а на выход – В7-27А. Изменяя Uвх в заданных пределах, снять зависимость Uн = f(Uвх), определить Uн и Uвх. Рассчитать коэффициент стабилизации схемы, характеризующий ее качество по формуле

.

Uвых необходимо вычислять в заданном диапазоне изменения входного напряжения Uвх.

Содержание отчета

  1.  Схемы исследуемых устройств.
  2.  Результаты экспериментов по п.п. 1, 2.
  3.  Результаты расчетов и экспериментов по п.п. 3, 4.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32247. Разборно-переставная опалубка состоит из отдельных элементов (щитов, коробов, элементов креплений и т. д.), которые собираются для возведения железобетонного сооружения или части его в каждом отдельном случае 27 KB
  Устойчивость щитов опалубки обеспечивается подкосами которые устанавливаются через каждые 3 4 м. Для установки верхнего яруса короба опалубки нижние доски удлиненных щитов делают несколько длиннее и опирают их на щиты опалубки нижнего яруса башмака. В верхней части опалубки делаются вырезы для примыкания прогонов или прогонов и балок. Внизу одного из щитов короба делают отверстие для прочистки опалубки от мусора перед бетонированием.
32248. Скользящая опалубка 47.5 KB
  Основными элементами скользящей опалубки являются щиты домкратные рамы рабочий пол подвесные подмости домкратные стержни устанавливаемые по оси стен домкраты.Домкратные рамы являются основными несущими элементами на них устанавливают щиты опалубки которые воспринимают давление бетонной смеси. На домкратные рамы устанавливают домкраты которые опираясь на стержни поднимают всю конструкцию опалубки. Щиты опалубки устанавливают так чтобы расстояние между ними увеличивалось книзу образуя конусность в пределах высоты щитов или 5 7 мм на...
32249. Подъемно-переставная опалубка 21 KB
  Наружные и внутренние шиты опалубки закрепляют на подъемной головке которая устанавливается и поднимается по шахтоподъемнику. На подъемной головке закрепляют также рабочую площадку подвесные леса бункера для бетонной смеси лебедку лифтов и тепляк с юбкой тепляка. Щиты соседних ярусов закрепляют с помощью поперечных накладок.
32250. Объемно-переставная опалубка 49 KB
  Опалубка состоит из пространственных секций Побразной формы которые при соединении образуют туннели опалубки на квартиру или во всю ширину здания. Секции опалубки имеют переменную ширину в зависимости от принятого шага стен и различную длину. Бетонную смесь укладывают между туннелями опалубки для образования стен и на секции при бетонировании перекрытий. При демонтаже секции опалубки как бы сжимаются для чего сдвигают внутрь забетонированного туннеля боковые щиты опалубки щиты стен перемещают вниз горизонтальный щит перекрытий.
32251. Катучая опалубка 28.5 KB
  Каждый блок катучей опалубки состоит из нескольких металлических рам смонтированных на тележках передвигаемых на рельсах. Внешний контур металлических ферм и опалубки должен строго соответствовать очертанию бетонируемых конструкций.Применение подъемнокатучей опалубки снижает стоимость железобетонных работ по устройству покрытия здания на 20.Использование катучей опалубки прямоугольного сечения вдвое ускорило производство работ и позволило снизить трудоемкость 1 м3 железобетонных работ на 046 чел.
32252. ТЕХНОЛОГИЯ МОНТАЖА БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Возведение зданий с каркасом рамного типа 50 KB
  В производственных зданиях вместо мостовых кранов устанавливают один или два многоопорных подвесных крана грузоподъемностью по 3050 т передвигающихся вдоль пролета по монорельсовым путям подвешенным в узлах нижнего пояса ригеля. В связи с большими постоянными и подвижными нагрузками конструктивное решение ригеля принимают аналогично тяжелым мостовым фермам с поясами и решеткой из двухступенчатых Нобразных сечений. При пролетах более 50 м масса стропильной конструкции ригеля достигает 60 т и более монтаж ее может быть выполнен либо...
32254. Монтаж стальных конструкций укрупненными блоками 63 KB
  Высота конструкций центрального блока доменной печи доходит до 70 м при массе стальных конструкций сконструированных на сравнительно небольшой площади до 5000 т и более. Монтаж таких конструкций может быть выполнен либо частями с применением временных промежуточных опор либо целиком укрупненными блоками. Укрупнительную сборку стальных конструкций выполняют на строительной площадке если целесообразно собрать монтажный блок из нескольких элементов до подъема и полнее использовать грузоподъемность монтажного крана.