Вольтамперная характеристика полупроводниковых диодов
Изучение математических моделей полупроводниковых выпрямительных диодов. Исследование вольтамперной характеристики выпрямительного диода в зависимости от температуры. Графоаналитический метод расчета электрической цепи с нелинейными элементами (диодами).
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.12.2017 |
| Размер файла | 1,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.Allbest.ru/
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Самарский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Электрический транспорт»
Отчет по лабораторным и практическим работам
по дисциплине: “Электроника”
Выполнила: Дьякова Е.А.
студентка 3 курса
Проверил: д.т.н.,
профессор Руцкий В.М.
Самара 2017
Содержание
1. Лабораторная работа
2. Практическая работа
Литература
Лабораторная работа
Исследование ВАХ выпрямительного диода в зависимости от температуры
Целью лабораторной работы является освоение методов работы с виртуальными математическими моделями полупроводниковых выпрямительных диодов и изучение вольтамперной характеристики (ВАХ) выпрямительного диода в зависимости от температуры.
1. Краткие теоретические сведения
Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор, состоящий из одного или нескольких p-n переходов и двух выводов. В зависимости от основного назначения и вида используемого явления в p-n переходе различают следующие типы полупроводниковых диодов: выпрямительные, высокочастотные, импульсные, туннельные, стабилитроны, варикапы и др. Выпрямительным называют диод, который предназначен для получения однополярного пульсирующего напряжения путём выпрямления переменного напряжения.
Основной характеристикой полупроводниковых диодов является вольтамперная характеристика. ВАХ представляет собой зависимость тока во внешней цепи p-n перехода от значения и полярности прикладываемого к нему напряжения. ВАХ идеального и реального диодов приведены на рис. 1.
Рис. 1. ВАХ идеального и реального диодов
Идеальный полупроводниковый диод допускает протекание бесконечно большого прямого тока и выдерживает бесконечно большое обратное напряжение. Идеальных диодов на практике не бывает. Реальный диод всегда имеет конечную величину обратного напряжения, после чего наступит электрический пробой, и вполне определённый максимальный прямой ток, превышение которого вызовет тепловой пробой.
Вид ВАХ диода зависит от многих факторов.
При увеличении температуры диода уменьшается высота потенциального барьера и изменяется распределение носителей заряда по энергиям (электроны, например, занимают более высокие энергетические уровни в зоне проводимости). Из-за этих двух причин прямой ток через диод увеличивается с ростом температуры при неизменном прямом напряжении.
С ростом температуры увеличивается скорость термогенерации электронно-дырочных пар. Это приводит к резкому возрастанию с температурой концентрации неосновных носителей в области перехода и, следовательно, к увеличению обратного тока.
Таким образом, с ростом температуры растет как прямой так и обратный ток.
Зависимость параметров полупроводниковых диодов от температуры является их существенным недостатком.
Вариант задания по лабораторной работе
|
№ варианта |
Т1, оС |
Т2, оС |
Т3, оС |
|
|
7 |
78 |
58 |
8 |
Результаты моделирования ВАХ диода в зависимости от температуры
вольтамперный полупроводниковый выпрямительный электрический
Вывод:
С ростом температуры растет как прямой так и обратный ток.
При увеличении температуры диода уменьшается высота потенциального барьера и изменяется распределение носителей заряда по энергиям (электроны, например, занимают более высокие энергетические уровни в зоне проводимости). Из-за этих двух причин прямой ток через диод увеличивается с ростом температуры при неизменном прямом напряжении.
С ростом температуры увеличивается скорость термогенерации электронно-дырочных пар. Это приводит к резкому возрастанию с температурой концентрации неосновных носителей в области перехода и, следовательно, к увеличению обратного тока.
Зависимость параметров полупроводниковых диодов от температуры является их существенным недостатком.
Практическая работа
Изучение графоаналитического метода расчета электрической цепи с нелинейными элементами (диодами)
Задача 1
Для схемы, приведенной на рис. 1. определить: ток через диоды (ID ); напряжение на диодах (UD ); дифференциальное сопротивление диодов (Rдиф); сопротивление диода постоянному току (RП).
Рис. 1
|
№ вар. |
R, Ом |
UП, В |
Uвх, В |
|
|
7 |
1700 |
4,5 |
0,20 |
Дано:
R = 1700 Ом
Uп = 4,5 В
Uвх = 0,20 В
Id, Ud, Rдиф, Rп - ?
Решение:
Составим уравнение с двумя неизвестными величинами: Ud, Id.
1.1 Согласно второго закона Кирхгофа,* падение напряжения на участке цепи равно сумме падений напряжения на всех элементах цепи*:
Uп = Ur + 3Ud + Uвх
1.2 Согласно первого з-на Кирхгофа:
Ur = Ir * R = Id *R
Uп = Id * R + 3Ud + Uвх
Uхх = Ud > Id = Iхх = 0
Uп = 3Udхх +Uвх
4.5 = 3Ud + 0.20
Udхх = ( 4.5 - 0.20)/3 = 1.4 B
Idхх при Ud = 0
Uп = Idхх + Uвх
Idхх = ( Uп - Uвх) / R = (4.5 В - 0.2 В) / 1700 Ом = 2.5 мА
Находим точки прямой, принимаем кратность 2
Udхх = 1.4 / 2 = 0.7 В
Idхх = 2.5 / 2 = 1.25 мА
?U = 0.73 - 0.68 = 0.05 B
Rдиф = ?U / ?I = 0.05 / 1.2 * 10^-3 = 41.6 Oм
Rп = Udxx / Idxx = 1.4 В / 2.5 мА = 560 Ом
Ответ: Ud = 1.4 В, Id = 2.5 мА, Rдиф = 41.6 Ом, Rп = 560 Ом.
Задача 2
Для схемы, приведенной на рис.1. определить: ток через диоды (ID ); напряжение на диодах (UD ); напряжение выхода (Uвых); дифференциальное сопротивление диодов (Rдиф); сопротивление диода постоянному току (RП).
Рис. 2
|
№ |
R1, Ом |
R2, Ом |
UП, В |
|
|
7 |
2000 |
1050 |
6,0 |
Дано:
R1 = 2000 Oм
R2 = 1050 Oм
Uп = 6 В
Id, Rдиф, Uвых, Ud, Rп - ?
Решение:
Составим и решим уравнения с двумя неизвестными величинами Id и Ud
1.1 согласно 1 з - ну Кирхгофа:
I1 = Id + I2 = Id + 2Ud / R2
1.2 согласно 2 з - ну Кирхгофа:
Uп = I1 * R1 + 2Ud
2Ud = I2 * R2 >I2 = 2Ud / R2
Uп = (Id + 2Ud / R2)R1 + 2Ud
1. Координаты нагрузочной прямой:
ВАХ диода
Udxx при Idxx = 0
Uп = (2Udxx * R1 / R2) + 2Udxx >
Udxx = Uп / 2 (R1 / R2 + 1) = 6 B / 2 (2000 Ом / 1050 Ом + 1) = 1.03В
(координата по оси х)
Idxx при Udxx = 0
Uп = Idxx * R1, Idxx = Uп / R1 = 6 B / 2000 Oм = 3 мА (ось у)
Находим точки доп. Прямой.
?U = 0.71 - 0.68 = 0.03 B
?I = 0.85 мА
Rдиф = 0.03 / 0.85 * 10^-3 = 35.29 Ом
Rdп = Ud / Id = 1.03 B / 3 мА = 343 Ом
Ответ: Id = 3 мА, Rдиф = 35.29 Ом, Ud = 1.03 В, Rп = 343 Ом
Литература
1. Максина Е.Л. Электроника: конспект лекций. - М.: Эксмо, 2008.
2. Орлов Д.С. Электроника: учебник для вузов / Д.С. Орлов и [др.]. - М.: Высшая школа, 2004
3. Электронные устройства электромеханических систем / Е.М. Соколова и [др.]. - М.: Академия/ Academia, 2006.
4. Пикус Г.Е. Основы теории полупроводниковых приборов. - М.: Наука, 1965
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Изучение свойств германиевого и кремниевого выпрямительных полупроводниковых диодов при изменении температуры окружающей среды. Измерение их вольт-амперных характеристик и определение основных параметров. Расчет дифференциального сопротивления диода.
лабораторная работа [29,7 K], добавлен 13.03.2013Характеристика полупроводниковых диодов, их назначение, режимы работы. Исследование вольтамперной характеристики выпрямительного полупроводникового диода, стабилитрона и работы однополупериодного полупроводникового выпрямителя. Определение сопротивления.
лабораторная работа [133,6 K], добавлен 05.06.2013Принцип действия полупроводниковых диодов различного назначения. Прямое и обратное включение выпрямительного диода. Статическое и динамическое сопротивление. Исследования стабилитрона и светодиода. Стабилизация напряжений в цепях переменного тока.
лабораторная работа [230,6 K], добавлен 12.05.2016Разработка прибора, предназначенного для изучения полупроводниковых диодов. Классификация полупроводниковых диодов, характеристика их видов. Принципиальная схема лабораторного стенда по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 20.11.2013Свойства полупроводниковых материалов, применяемых для производства транзисторов и диодов. Понятие электронно-дырочного перехода (n-p-перехода), определение его вольтамперной характеристики. Расчет зависимости плотности тока насыщения от температуры.
курсовая работа [612,5 K], добавлен 12.12.2011Вольтамперная характеристика выпрямительного диода на постоянном токе для прямой ветви. Схема диода Шоттки с осциллографом на переменном токе. Изучение диодных ограничителей с нулевыми пороговым значением. Схема диодных ограничителей со стабилитронами.
лабораторная работа [902,0 K], добавлен 08.06.2023Классификация и условные обозначения полупроводниковых диодов. Назначение, область применения и общий принцип их действия. Вольтамперная характеристика и основные параметры полупроводниковых диодов. Диод Есаки (туннельный диод) и его модификации.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 19.10.2009Классификация, структура, принцип работы, обозначение и применение полупроводниковых диодов, их параметры. Расчет вольтамперных характеристик при малых плотностях тока. Особенности переходных характеристик диодов с р-базой. Методы производства диодов.
курсовая работа [923,5 K], добавлен 18.12.2009Общие рекомендации к выполнению лабораторных работ. Изучение электронного осциллографа. Исследование выпрямительного и туннельного диодов. Исследование дифференциального включения операционного усилителя. Изучение свойств интегрирующего усилителя.
учебное пособие [939,5 K], добавлен 25.03.2009Рассмотрение принципов работы полупроводников, биполярных и полевых транзисторов, полупроводниковых и туннельных диодов, стабилитронов, варикапов, варисторов, оптронов, тиристоров, фототиристоров, терморезисторов, полупроводниковых светодиодов.
реферат [72,5 K], добавлен 14.03.2010Графическое и аналитическое решение трансцендентного уравнения. Выполнение аппроксимации вольтамперной характеристики диодов различных видов методом полинома третьего порядка. Определение реакции цепи на входное воздействие при помощи интеграла Дюамеля.
контрольная работа [3,3 M], добавлен 15.08.2012Назначение и классификация полупроводниковых приборов, особенности их применения в преобразователях энергии и передаче информации. Система обозначений диодов и тиристоров, их исследование на стенде. Способы охлаждения расчет нагрузочной способности.
дипломная работа [3,9 M], добавлен 28.09.2014Анализ конструктивных особенностей полупроводниковых диодов. Диодные матрицы и сборки. Структура диода Ганна с перевернутым монтажом. Основные ограничители напряжения. Расчет характеристик диода Ганна. Смесительные и переключательные СВЧ-диоды.
курсовая работа [365,9 K], добавлен 18.12.2009Физические модели p-n переходов в равновесном состоянии и при электрическом смещении. Влияние процессов генерации-рекомбинации на вид ВАХ для PSPICE модели полупроводникового диода, связь концентрации и температуры с равновесной барьерной емкостью.
лабораторная работа [3,4 M], добавлен 31.10.2009Виды и обозначение диодов. Основные параметры выпрямительных диодов. Диоды Шоттки в системных блоках питания, характеристики, особенности применения и методы проверки. Проявление неисправностей диодов Шоттки, их достоинства. Оценка возможности отказа.
курсовая работа [52,6 K], добавлен 14.05.2012Технология изготовления полупроводниковых диодов, структура, основные элементы и принцип действия. Процесс образования p-n перехода, его односторонняя проводимость. Электрофизические параметры электро-дырочных переходов. Контактная разность потенциалов.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 28.01.2015Назначение, преимущества, расчет технических параметров светоизлучающих диодов (СИД). Внешний квантовый выход и потери излучения. СИД как элемент электрической цепи и как элемент оптрона. Излучательная, спектральная, оптическая характеристики СИД.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 04.03.2009Принципы работы полупроводниковых приборов. Физические основы электроники. Примесная электропроводность полупроводников. Подключение внешнего источника напряжения к переходу. Назначение выпрямительных диодов. Физические процессы в транзисторе, тиристоры.
лекция [4,4 M], добавлен 24.01.2014Параметры интегральных полупроводниковых диодов и биполярных транзисторов в интервале температур 250-400К. Величина контактной разности потенциалов. Толщина квазинейтральной области. Глубина залегания эмиттерного перехода. Транзисторы с p-n переходом.
курсовая работа [270,1 K], добавлен 19.02.2013Принцип действия полупроводниковых диодов, свойства p-n перехода, диффузия и образование запирающего слоя. Применение диодов в качестве выпрямителей тока, свойства и применение транзисторов. Классификация и технология изготовления интегральных микросхем.
презентация [352,8 K], добавлен 29.05.2010
