Полупроводниковые диоды в электронных схемах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Полупроводниковые диоды в электронных схемах

Цель работы: Изучение свойств и применений полупроводниковых диодов

Теоретические сведения

Полупроводниковые диоды являются двухвыводными электронными приборами, нашедшими широкое применение в современных электронных схемах. Физические основы и математическое описание принципов работы различных типов полупроводниковых диодов содержится в литературе. В данной лабораторной работе предусматривается изучение внешних электрических свойств полупроводниковых диодов и их применение в различных электронных схемах.

Главным свойством обычного полупроводникового диода является его способность пропускать электрический ток только в одном направлении. Основными параметрами наиболее распространенных полупроводниковых диодов являются:

· максимально допустимый прямой ток;

· максимальная величина прямого падения напряжения при заданном или максимальном значении прямого тока;

· максимально допустимое обратное напряжение;

· максимальная величина обратного тока при заданном или максимально допустимом обратном напряжении;

· время восстановления обратного сопротивления;

· диапазон рабочих частот;

· электрическая емкость диода и ее зависимость от величины приложенного обратного напряжения.

Первые полупроводниковые диоды применялись в детекторных схемах радиоприемной аппаратуры. Следующей областью их применения явились схемы выпрямителей переменного напряжения в источниках питания. В последующие годы были разработаны диоды специального применения:

· стабисторы стабилитроны и шумовые диоды;

· варикапы, варакторы и параметрические диоды;

· детекторные и смесительные диоды;

· динисторы и защитные диоды;

· туннельные обычные и обращенные диоды;

· фотодиоды, светодиоды и лазерные диоды;

· магнитодиоды;

· сверхвысокочастотные генерирующие диоды Ганна и лавинно-пролетные диоды.

В данной работе будут моделироваться схемы с обычными диодами и со стабилитронами.

Диоды полупроводниковые диоды стабилитрон сопротивление

Вольтамперная характеристика диода это графики зависимости прямого тока от прямого напряжения и обратного тока от величины приложенного обратного напряжения. Идеальный диод должен обеспечивать максимальный прямой ток при отсутствии падения на нем прямого напряжения и полное отсутствие обратного тока при максимальном значении приложенного обратного напряжения. Он также должен иметь близкое к нулю время восстановления обратного сопротивления (после окончания прохождения прямого тока). Идеальный диод также должен иметь нулевую электрическую емкость. На деле типовой германиевый диод имеет прямое падение напряжения порядка 0,25…0,3 В, кремниевый - 0,6…0,9 В. Кремниевый диод Шоттки имеет несколько меньшее падение напряжения (0,3…0,5 В). В настоящее время большинство полупроводниковых диодов изготавливается из кремния, используются также карбид кремния, арсенид галлия и некоторые другие материалы. Для типовых диодов время восстановления обратного сопротивления составляет от единиц до сотен наносекунд (нс), емкость, - от единиц до сотен пикофарад (пФ). Подача на реальный диод напряжения обратной полярности приводит к появлению обратного тока порядка единиц - десятков микроампер. Превышение предельно допустимого значения обратного напряжения приводит к электрическому пробою диода, который, в зависимости от различных факторов, может иметь обратимый или необратимый характер. Для большинства диодов величина допустимого обратного напряжения составляет от 20 до 1000 В. Пример вид вольт-амперной характеристики типового полупроводникового диода показан на рис.3.1

Рис.3.1. Вольт-амперная характеристика типового полупроводникового диода.

Стабилитроны (диоды Зенера) имеют такой специфический параметр, как напряжение пробоя. Прямая ветвь вольтамперной характеристики стабилитрона сходна с аналогичной характеристикой обычного диода. При достижении определенной величины обратного напряжения стабилитрон начинает проводить ток. При увеличении этого тока в несколько раз величина падения обратного напряжения почти не изменяется, что обусловило широкое применение стабилитронов в схемах стабилизаторов напряжения, амплитудных ограничителей и т. д.

Примерный вид вольт-амперной характеристики стабилитрона показан на рис 3.2.

Рис.3.2. Вольт-амперная характеристика стабилитрона.

Наиболее распространенными являются стабилитроны с напряжением стабилизации Uст. от 3 до 180В.

Другим важным параметром стабилитрона является динамическое сопротивление Rд. Если при увеличении тока через стабилитрон от величины I1 до величины I2 напряжение на стабилитроне увеличивается от значения U1 до значения U2, то величина динамического сопротивления будет равна:

Rд = (U2-U1) / (I2-I1) (3.1)

Для получения Rд в омах величины напряжений необходимо подставлять в вольтах, значения токов - в амперах.

Выполнение работы:

1. Собрать схему, приведенную на рис.3.3. Тип диода выбрать согласно табл.3.1

Рис.3.3. Схема для получения прямой ветви вольт-амперной характеристики диода.

Табл.3.1

2. Изменяя напряжение источника питания, зарегистрировать соответствующие значения прямого напряжения на диоде Uд.пр. и прямого тока через диод Iд.пр.

3. По полученным данным построить прямую ветвь вольт-амперной характеристики диода Iд.пр.=f(Uд.пр.)

Рис.3.4. Схема для получения обратной ветви вольт-амперной характеристики стабилитрона.

4. Собрать схему, приведенную на рис.3.4.

5. Установить инкремент (дискретность изменения) потенциометра R1 равным 1% (по умолчанию инкремент потенциометра равен 5%).Изменяя процент включения потенциометра R1 от 0% в сторону увеличения, зафиксировать на мультиметре ХММ2 величину обратного напряжения, при котором мультиметр ХММ1 начинает показывать ток. Производя дальнейшее увеличение обратного напряжения на диоде, выполнить 10-15 измерений мультиметрами ХММ1 и ХММ2 в интервале значений тока через стабилитрон от 0 до 25-30 мА,

6. По полученным данным построить обратную ветвь вольт-амперной характеристики стабилитрона Iст.обр.= f (Uст.обр.)

7. Измерив напряжения на стабилитроне U1 и U2, соответствующие токам через стабилитрон I1=10 мА и I2= 20 мА, найти по формуле (3.1) динамическое сопротивление стабилитрона для данного интервала значений тока.

8. Собрать схему диодного ограничителя, приведенную на рис.3.5 с типами диодов согласно табл.3.1 и получить осциллограммы входного и выходного напряжений

Амплитуда синусоидального напряжения генератора 10В (для всех вариантов).

Частота сигнала f=50N (Гц), где N - номер варианта

Рис.3.5. Схема диодного ограничителя.

Контрольные вопросы:

1. Какими значениями основных параметров должен обладать идеальный выпрямительный полупроводниковый диод?

2. Какая ветвь вольт-амперной характеристики является основной для стабилитрона?

3. Как определяется динамическое сопротивление стабилитрона?

4. Каким динамическим сопротивлением должен обладать идеальный стабилитрон?

5. Поясните принцип работы диодного ограничителя.

Размещено на Allbest.ru