Контр.Р. Физика, электроника. Контрольная работа по элетротехнике

• Название: Контрольная работа по элетротехнике
• Дата: 06.11.2019
• Размер: 2.64 Mb.
• Имя файла: Контр.Р. Физика, электроника.docx
• Тип: Задача; #93719
• страница: 4 из 4

Виды диодов

Выпрямительные диоды. Выпрямительным полупроводниковым диодом
(рис. 8) называется полупро­водниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Это плоскостные диоды с относительно большой площадью p-n-перехода.


Рисунок 8. Условное графическое изображение выпрямительного диода


Выпрямительные диоды до­полнительно характеризуются электрическими величинами, опреде­ляющими их работу в выпрямителях:

• 
  средним за период значением обратного напряжения (U_обр.ср);
  
• 
  средним за период значением обратного тока (I_обр.ср);
  
• 
  максимальным значением выпрямленно­го тока (I_{вп.ср.max});
  
• 
  среднем за период значением прямого напряжения (U_пр.ср) при заданном среднем значении прямого тока.
  

Рабочая частота выпрямительных диодов: малой и средней мощности от 5 до 50 Гц, большой мощности от 50 до 500 Гц.

Вольт-амперная характеристика выпрямительного диода (рис. 9) описывается уравнением:

,

где I₀– тепловой обратный ток; φ_т – температурный потенциал, при комнатной температуре 25 °С.

Импульсные диоды. Импульсный полупроводниковый диод – это диод имеющий малую длительность переходных процессов и предназначен для работы в импульсном режиме.

Основное применение импульсных диодов – работа в качестве коммутирующих элементов в цифровых схемах, кроме того, для детектирования высокочастотных сигналов и в высокочастотной преобразовательной технике.

При переключении диода с прямого напряжения на обратное, в начальный момент через диод течёт неуправляемый обратный ток (рис. 10). Этот обратный ток ограничен только объемным сопротивлением базы диода и сопротивлением нагрузки (R_H). С течением времени, накопленные в базе неосновные носители зарядов рекомбинируют или уходят из базы через р-n-переход, после чего обратный ток уменьшается до обычного значения.

Стабилитроны. Полупроводниковый стабилитрон (рис.11) – это полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя при обратном смещении слабо зависит от тока в заданном его диапазоне и который предназначен для стабилизации напряжения.

Рисунок 11. Условное графическое обозначение стабилитрона


В стабилитронах, используется лавинный или туннельный пробой, следовательно, используемый материал чаще всего кремний. Участок 1 вольт-амперной характеристики стабилитрона (рис. 12) соответствует неустойчивому лавинному или туннельному пробою.


Основные параметры стабилитрона:

1. 
   напряжение стабилизации;
   
2. 
   температурный коэффициент напряжения стабилизации;
   
3. 
   минимальный ток;
   
4. 
   максимальный ток;
   
5. 
   дифференциальное сопротивление;
   
6. 
   статическое сопротивление.
   

Cтабисторы. Это полупроводниковый диод, напряжение на котором в области прямого смещения слабо зависит от тока в заданном его диапазоне. Отличительной особенностью его по сравнению со стабилитроном является меньшее напряжение стабилизации, которое определяется прямым падением напряжения на диоде, и составляет 0,7 В.

Рисунок. 13. Условное графическое обозначение туннельного диода


Последовательное соединение двух, трёх и т.д. стабисторов даёт возможность получить удвоенное, утроенное напряжение стабилизации.

Стабистор имеет отрицательный температурный коэффициент и поэтому часто используется для температурной компенсации стабилитрона с положительным температурным коэффициентом. Для этого последовательно со стабилитроном необходимо включить один или несколько стабисторов.

Туннельные диоды. Туннельный диод– это полупроводниковый диод, на прямом участке ВАХ которого (рис. 14) имеется участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Туннельные диоды изготавливают из материала, имеющего повышенное количество примесей. В результате этого в туннельном диоде создаётся полупроводник с высокой концентрацией носителей зарядов, что приводит к малой толщине р-n-перехода и к большей величине диффузионного электрического поля.


Рисунок 14

Рис. 3.10. ВАХ туннельного диода


При обратном включении туннельный диод работает в режиме туннельного пробоя.

Основные параметры туннельного диода:

1. 
   пиковый ток (I_n)
   
2. 
   ток впадины (I_в);
   
3. 
   отношение (I_n / I_в);
   
4. 
   напряжение пика (U_n);
   
5. 
   напряжение впадины (U_вп).
   

Туннельные диоды используют для генерации и усиления электрических колебаний и в переключающихся схемах.

Обращённые диоды. Обращённым называют диод (рис. 15), у которого проводимость при обратном смещении значительно больше, чем


при прямом. Прямая ветвь ВАХ обращённого диода (рис. 3.12) аналогична ВАХ туннельного, а обратная ветвь ВАХ аналогична ВАХ выпрямительного диода.

Основные особенности обращённого диода:

1. 
   способны работать только в диапазоне малых напряжений.
   
2. 
   обладают хорошими частотными свойствами.
   
3. 
   малочувствительны к воздействию проникающей радиации.
   

Варикапы. Варикап – это полупроводниковый диод (рис. 17), действие которого осно­вано на использовании зависимости емкости от обратного напряже­ния и который предназначен для применения в качестве элемента с элек­трически управляемой емкостью. Принцип действия варикапа основан на свойстве зарядной емкости обратно смещенного p-n-перехода изменять свою величину в зависимости от приложенного к нему напряжения.


Рисунок 17. Условное графическое обозначение варикапа



Основной характеристикой варикапа служит вольт-фарадная характеристика (рис. 18) – зависимость емкости варикапа (С_в) от значения приложенного обратного напряжения. В выпускаемых промышленностью варикапах значение емкости (С_в) может изме­няться от единиц до сотен пикофарад.


Основными параметрами варикапа являются:

• 
  емкость, измеренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении (С_в);
  
• 
  коэффициент перекрытия по емкости (К_С), используе­мый для оценки зависимости C_в = f (U­_обр) и равный отношению емкостей варикапа при двух заданных значениях обратного напря­жения (К_С = 2...20);
  
• 
  температурный коэффициент емкости, который характери­зует зависимость параметров варикапа от температуры:
  

ТКЕ_в = С_в / (С_вT),

где С_в/С_в – относительное изменение емкости варикапа при из­менении температуры T окружающей среды.


Задача № 7

Приведите схему усилительного каскада на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером. Укажите назначение компонентов схемы и поясните принцип действия усилителя.

Решение [3]

Схему с общим эмиттером (ОЭ) наиболее часто применяют в усилительных каскадах. Работу транзистора в схеме ОЭ рассчитывают по входным и выходным вольтамперным характеристикам (ВАХ), снятым для этой схемы.

Входной вольтамперной характеристикой называют зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер при постоянном напряжении на коллекторе



В схеме простейшего усилителя с общим эмиттером (рис. 5) источник питания коллектора E_К, источник питания базы E_Б и резисторы R_К и R_Б определят режим покоя транзистора или статический режим. Источник сигнала e_c(t) создает переменную составляющую, которую должна усилить схема.



Рисунок 6 Схема усилителя с общим эмиттером

В выходной цепи коллектора по второму закону Кирхгофа:

E_К = U_КЭ + I_КR_К.

Из этого уравнения получим уравнение нагрузочной линии:



Аналогичное уравнение нагрузочной линии получим для входной цепи усилителя:



Расчет статического режима транзистора для усиления малого сигнала можно выполнить графически. Сначала на выходных характеристиках (рис. 7.б) проводят нагрузочную линию для заданных E_К, R_К и находят номинальный ток базы I_Б*, при котором получается требуемое напряжение U_КЭ. Затем по входной характеристике (рис. 7.а) для заданного E_Б и I_Б* находят R_Б.



Рисунок 7 Графический расчет статического режима транзистора

Область рабочих режимов транзистора на рис. 7.б отмечена пунктирными линиями и ограничивается максимальными допустимыми значениями тока коллектора I_КМАХ, напряжения U_КМАХ, мощности рассеяния P_КМАХ ≈ U_КЭI_КЭ и нелинейными искажениями при малых значениях тока коллектора.

Для работы в линейном режиме на выходных характеристиках транзистора (рис. 7.б) в режиме покоя выбирают рабочую точку А в центре нагрузочной линии нагрузки 1 цепи коллектора. В этой точке напряжение В рабочей точке по выходным характеристикам находят ток коллектора I_К* и ток базы I_Б*.


Список использованной литературы

1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. учебник для бакалавров — 12-е изд., исправ. и доп. — М.: Издательство Юрайт, 2016

2. Макаров Д. Генератор постоянного тока: устройство, принцип работы, классификация. Статья. URL:http://phdru.com/dissertation/webresourse/ (дата обращения: 02.11.19)/

3. Галкин В.И. Промышленная электроника и микроэлектроника. Учеб, пособие для студентов средних проф. учеб, заведений/В.И. Галкин, Е.В. Пелевин. — М.: Высш. шк., 2006. — 350 с.: ил.