Лабораторная работа 7. Исследование полупроводникового выпрямительного диода
 Скачать 64.33 Kb.
|
 Лабораторная работа №7 Тема: Исследование полупроводникового выпрямительного диода. Цель работы: Исследовать полупроводниковые выпрямительные диоды. Выпрямительные диоды. Выпрямительные диоды используют для выпрямления переменных токов частотой 50 Гц - 100 кГц. В них используется главное свойство p-n-перехода - односторонняя проводимость. Главная особенность выпрямительных диодов большие площади p-n-перехода, поскольку они рассчитаны на выпрямление больших по величине токов. Основные параметры выпрямительных диодов даются применительно к их работе в однополупериодном выпрямителе с активной нагрузкой (без конденсатора, сглаживающего пульсации). Среднее прямое напряжение Uпр..ср -- среднее за период прямое напряжение на диоде при протекании через него максимально допустимого выпрямленного тока. Средний обратный ток Iобр. ср -- средний за период обратный ток, измеряемый при максимальном обратном напряжении. Максимально допустимое обратное напряжение Uобр. mах (Uобр. и mах) - наибольшее постоянное (или импульсное) обратное напряжение, при котором диод может длительно и надежно работать. Максимально допустимый выпрямленный ток Iвп. ср mах -- средний за период ток через диод (постоянная составляющая), при котором обеспечивается его надежная длительная работа. Превышение максимально допустимых величин ведет к резкому сокращению срока службы или пробою диода. Максимальная частота fтах -- наибольшая частота подводимого напряжения, при которой выпрямитель на данном диоде работает достаточно эффективно, а нагрев диода не превышает допустимой величины. В выпрямительном устройстве энергия переменного тока преобразуется в энергию постоянного тока за счет односторонней проводимости диодов.  Рис.5 На рис. 5 приведена схема однополупериодного выпрямителя. Работа выпрямителя происходит следующим образом. Если генератор вырабатывает синусоидальное напряжение, e(t) = Еm sin w t, то в течение положительного (+) полупериода напряжение для диода является прямым, его сопротивление мало, и через резистор проходит ток, который создает на резисторе RН падение напряжения Uвых , повторяющее входное напряжение e(t). В следующий, отрицательный (-) полупериод, напряжение для диода является обратным, сопротивление диода велико, тока практически нет и, следовательно, Uвых = 0. Таким образом, через диод и RН протекает пульсирующий выпрямленный ток. Он создает на резисторе RН пульсирующее выпрямленное напряжение Uвых . Полезной частью выпрямленного напряжения является его постоянная составляющая или среднее значение U ср (за полупериод): Ucp = Umax / =0,318 Umax Таким образом, U ср составляет около 30% от максимального значения. Выпрямленное напряжение обычно используется в качестве напряжения питания электронных схем. Высокочастотные (универсальные) и импульсные диоды применяют для выпрямления токов, модуляции и детектирования сигналов с частотами до нескольких сотен мегагерц. Импульсные диоды используют в качестве ключевых элементов в устройствах с микросекундной и наносекундной длительностью импульсов. Их основные параметры: Максимально допустимые обратные напряжения Uобр. mах (Uобр. и mах) - постоянные (импульсные) обратные напряжения, превышение которых приводит к его немедленному повреждению. Постоянное прямое напряжение Uпр - падение напряжения на диоде при протекании через него постоянного прямого тока Iпр - заданного ТУ. Постоянный обратный ток Iобр -- ток через диод при постоянном обратном напряжении (Uобр мах). Чем меньше Iобр , тем качественнее диод. Емкость диода Сд -- емкость между выводами при заданном напряжении. При увеличении обратного напряжения (по модулю) емкость Сд уменьшается. При коротких импульсах необходимо учитывать инерционность процессов включения и выключения диода, что характеризуется следующими параметрами. 1) Время установления прямого напряжения на диоде (tуст ) - время, за которое напряжение на диоде при включении прямого тока достигает своего стационарного значения с заданной точностью (рис. 6,а).  А) Б) Рис. 6 Это время связанно со скоростью диффузии и состоит в уменьшении сопротивления области базы за счёт накопления в ней неосновных носителей заряда, инжектируемых эмиттером. Первоначально оно высоко, т.к. мала концентрация носителей заряда. После подачи прямого напряжения концентрация неосновных носителей заряда в базе увеличивается, это снижает прямое сопротивление диода. 2) Время восстановления обратного сопротивления диода (tвосст.) определяется как время, в течение которого обратный ток диода после переключения полярности приложенного напряжения с прямого на обратное достигает своего стационарного значения с заданной точностью (рис. 6, б), обычно 10% от максимального обратного тока. Это время связано с рассасыванием в базе неосновных носителей заряда, накопленных при протекании прямого тока. Оно состоит из двух составляющих tвосст.= t1.+ t2., где t1. - время рассасывания, за которое концентрация неосновных носителей заряда на границе р-п-перехода обращается в ноль; t2. - время разряда диффузионной емкости, связанное рассасыванием неосновных зарядов в объеме базы диода. В целом время восстановления это время выключения диода. Там, где требуется малое время переключения, используют диоды Шотки. Они имеют переход металл -- полупроводник, который обладает выпрямительным эффектом. Накопление заряда в переходе этого типа выражено слабо. Поэтому время переключения может быть уменьшено до значения порядка 100 пс. Другой особенностью этих диодов является малое (по сравнению с обычными кремниевыми диодами) прямое напряжение, составляющее около 0,3 В. Вывод: Я исследовал полупроводниковые выпрямительные диоды. |