Выпрямители

Целью работы является изучение принципа действия простейших выпрямителей, приближённое расчёты, оценки и экспериментальное определение основных параметров выпрямителей.

Содержание:

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.

1.1. Вольт-амперная характеристика р-п перехода.

1.2. Параметры полупроводниковых диодов.

1.3. Параметры выпрямителей.

1.4. Схемы простейших выпрямителей.

1.4.1. Однополупериодный выпрямитель.

1.4.2. Мостовой выпрямитель.

1.4.3. Мостовой выпрямитель со сглаживающим фильтром.

2. ЭКСПЕРИМЕНТ И РАСЧЁТЫ.

2.1. Экспериментальная установка.

2.2. Снятие вольт-ампертной характеристики диода.

2.3. Измерения в однополупериодном выпрямителе.

2.4. Измерения в мостовом выпрямителе.

2.5. Графики и расчёты.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ.

ЛИТЕРАТУРА.

Выпрямитель – это схемотехнический узел, преобразующий синусоидальное или другое двухполярное напряжение в однополярное – в постоянное или почти постоянное с незначительными пульсациями. Выпрямители входят в состав многих радио- и электротехнических устройств.

В настоящей работе изучаются принципы действия простейших выпрямительных схем, выполненных на полупроводниковых диодах. Устройство самих полупроводниковых диодов и физические процессы в них в задачу работы не входят, это является самостоятельным разделом полупроводниковой электроники. Знакомство с полупроводниковыми диодами в данной работе лишь поверхностное: оно ограничивается общими сведениями о диоде и его функциональных характеристиках.

1. Основные понятия

1.1. Вольт-амперная характеристика р-п перехода

Работа различных полупроводниковых диодов основана на явлениях, возникающих в контактном слое между двумя полупроводниками разного типа проводимости. Граница между двумя монокристаллами полупроводников, один из которых имеет проводимость р-типа (дырочную), а другой п-типа (электронную), называется р-п переходом, или электронно-дырочным переходом.

Анализ электронных процессов. происходящих в р-п переходе при подключении к нему напряжения той или иной полярности показывает, что при некоторой идеализации зависимость тока I через р-п переход от приложенного к нему напряжения U (т.е. вольт-амперная характеристика (ВАХ) р-п перехода) описывается соотношением

, 91)

где k=1,38·10⁻²³ Дж/К – постоянная Больцмана, Т –абсолютная температура р-п перехода, е=1.6·10⁻¹⁹ Кл – элементарный заряд^), I₀ – множитель, называемый обратным током насыщения, он зависит от температуры, конкретного вида полупроводников и степени их очистки.

Г рафик ВАХ р-п перехода (1) показан на рис. 1. Обратный ток I₀ теоретически чрезвычайно мал: при комнатной температуре I₀~10⁻¹² А. Следовательно, можно сказать, что р-п переход обладает вентильным свойством, т.е. фактически односторонней проводимостью. Это важнейшее свойство р-п перехода позволяет использовать его в качестве выпрямителя переменного тока – диода.

О днако, начиная с некоторого значения обратного напряжения U_проб (обычно в несколько сотен вольт), обратный ток р-п перехода (диода) резко, почти скачком возрастает и, если его не ограничивать, происходит пробой перехода и его вентильное свойство исчезает. Вольт-амперная характеристика перехода в области пробоя имеет вид, показанный на рис. 2. Один из механизмов пробоя заключается в ударной ионизации нейтральных атомов быстрыми носителями заряда, разогнавшимися в сильном электрическом поле, и в их лавинном размножении. Этот процесс аналогичен ударной ионизации в газе и возникновению самостоятельного разряда. Температура р-п перехода при этом резко возрастает и происходит его тепловое разрушение.