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

51801. Прощання зі школою: зіркова подорож 91 KB
  Під супровід повільної ліричної мелодії розпочинає учитель урок. Учитель: Синее небо усыпано звёздами. Царит торжественно волненье Любовь успех и настоящее везенье Учитель: Я думаю вы обратили внимание на один из кадров тайной съёмки. Учитель: У каждого человека как утверждает легенда два берега от одного человек уплывает к другому непременно причаливает.
51802. Потреби й права споживача. Раціональна поведінка. Оцінка корисності споживчого блага та бюджет корисності 104 KB
  Ціль споживача мати максимальну корисність від споживання товарів і послуг. Споживачу зацікавленому в задоволенні своїх потреб з найменшими витратами обмежених засобів доводиться задумуватися над наступними питаннями: на що в першу чергу витратити свої доходи Споживач оцінює товар або послугу насамперед з погляду їхньої корисності Корисність це суб'єктивне відчуття задоволеності від споживання блага Корисність кожного блага має свої критерії. Наприклад корисність одягу проявляється в розмірі кольорі дизайні; корисність продуктів...
51803. Подготовка учителя к уроку истории 32.5 KB
  Вот почему качество подготовки учащихся по той или иной учебной дисциплине во многом определяется уровнем проведения урока его содержательной и методической наполненностью его атмосферой. Для того чтобы этот уровень был достаточно высоким надо чтобы учитель в ходе подготовки урока постарался сделать его своеобразным произведением со своим замыслом завязкой и развязкой подобно любому произведению искусства. Как же построить такой урок Как сделать так чтобы урок не только вооружал учащихся знаниями и умениями значимость которых...
51804. Формы окончания предварительного расследования 71.5 KB
  ЦЕЛИ: обучающая научить объяснять сущность и различать формы окончания предварительного расследования; развивающая способствовать развитию аналитического мышления интереса к знаниям; воспитательная способствовать воспитанию положительного отношения к знаниям правовой культуры. Таблица: Формы окончания предварительного расследования. Слово преподавателя: На тему Формы окончания предварительного расследования примерным тематическим планом отведено 6 часов.
51806. УРОК РУССКОГО ЯЗЫКА 87.5 KB
  Цели и содержание конкретного урока русского языка Урок будучи наименьшей единицей учебного процесса реализует часть его целей и содержания. Особенности урока РУССКОГО освещение лингвистич проблем работа по развитию устной и письменной речи в разных видах речевой дти. Структурные элементы урока и их функции Урок как единица учебного процесса складывается из ряда относительно самостоятельных видов совместной деятельности учителя и учащихся которые составляют его особые структурные элементы: оргмомент проверка домашнего задания...
51808. Візуальні види мистецтва. Античне мистецтво. Мистецтво доби Відродження 38 KB
  Хто є автором скульптури Менада а Скопас б Лісіпп в Фідій 2. Хто з художників зображав види Толедо а Франсіско Гойя б Дієго Веласкес в Ель Греко 10. Хто з художників працював у напрямі сюрреалізм а Франсіско Гойя б Сальвадор Далі в Дієго Веласкес ІІІ рівень репродуктивнотворчий 1 бал Назвіть видатних скульпторів Давньої Греції. Хто є автором скульптури Сатир який відпочиває а Праксітель б Лісіпп в Мірон Хто є автором славетної праці Дискобол а Афінодор б Мірон в Полідор 3.
51809. Роль мови у формуванні і самовираженні особистості 78 KB
  Яке значення має рідна мова для національної самоідентефікації ЧИТАННЯ МОВЧКИ. Сказав мені один ханжа Що наша мова геть відстала Що краще б йшла мені чужа Коли б я вивчив її змалу....