5445

VD

Рисунок 1 – Электрическая схема однополупериодного выпрямителя (а)

ивольтамперная характеристика полупроводникового диода (б)

2.Теоретические сведения о полупроводниковых приборов

Диод – это полупроводниковый прибор с двумя выводами (анод и катод) и одним p-n переходом, предназначенный для выпрямления, модуляции и переключения электрических сигналов. Полупроводниковые приборы изготавливаются на основе кристаллов полупроводникового материала (германия, кремния, арсенида галлия, карбида кремния и др.).

С помощью достаточно сложных технологических операций в объёме кристалла создаются области с различным знаком проводимости: электронной – n или дырочной – р. На границах таких областей образуются р-n переходы. С помощью металлических выводов переход включается в электрическую цепь (см. рисунок 2).

Рисунок 2 – Схема включения р-n перехода в электрическую цепь

Основным свойством р-n перехода является его однонаправленность для пропускания электрического тока. При положительном смещении области р относительно области n (прямое смещение) через р-n переход протекает большой прямой ток при малом падении напряжения на переходе

61

(на рисунке 2 включение источника питания для подачи прямого смещения помечено пунктиром). При отрицательном смещении области р относительно области n (обратное смещение) через переход протекает малый обратный ток и всё напряжение источника питания падает на переходе.

Основной характеристикой диодов является вольт-амперная характеристика, которая приведена на рисунке 1, б. В прямом направлении через диод может протекать большой ток, и он представляет собой малое сопротивление. В обратном направлении сопротивление диода велико. Величину падения напряжения на диоде при протекании через него постоянного прямого тока Iпр характеризует параметр Uпр . Приложенное к диоду по-

стоянное обратное напряжение Uобр вызывает протекание постоянного обратного тока Iобр . Величины обратного напряжения Uобр для разных дио-

дов лежат в широком диапазоне от десятков до нескольких сотен вольт. В прямом направлении через мощные диоды могут протекать токи в несколько десятков и сотен ампер при прямых падениях напряжениях около

1 В.

Предельный режим диода характеризуется следующими параметрами: I – максимальная (предельная) величина постоянного прямого тока

через диод; Uпр.макс – максимальная (предельная) величина обратного

напряжения любой формы и периодичности.

Средние значения выпрямленного напряжения U0 Rн I0 ,В; выпрямленного тока I0 I0 I0 , А,

полупериод, Ом.

Мощность, выделяемая в сопротивлении резистора, обусловленная по-

62

Построение ВАХ и волновых диаграмм тока и напряжения полупроводникового диода представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 – Построение ВАХ и волновых диаграмм тока и напряжения полупроводникового диода

3. Задание

Рассчитать средние значения выпрямленных тока I0 и напряжения U0 , мощность P , выделяемую на нагрузочном резисторе Rн , обусловленную выпрямленным током I0 . Начертить ВАХ, волновые диаграммы тока и напряжения исследуемого диода.

4. Контрольные вопросы

4.1. Как образуется p-n переход и какое его основное свойство? 4.2. Как устроен диод?

4.3.Какова схема включения диода в электрическую цепь?

4.4.Каковы основные характеристики и параметры диода?

4.5.Какова классификация и система обозначения диодов?

63

Случайные погрешности возникают вследствие факторов, которые не поддаются непосредственному учёту. Оценку случайных погрешностей можно произвести только при очень большом числе повторяющихся измерений, используя методы теории вероятностей.

Ошибки оператора (в записи, в определении цены деления прибора и др.), обычно легко выявляемые в ряду наблюдений по значительным отклонениям результата измерения от средних или примерно ожидаемых значений, исключают из записей и при обработке результатов измерения не учитывают.

Для более полной характеристики измерений вводят понятие относи-

Величины и характеризуют точность измерения. Во многих случаях возникает необходимость охарактеризовать точность прибора. Для этой цели вводится понятие приведённой погрешности измерения:

пред Апред 100% ,

где Апред Аном – максимальное значение шкалы прибора, т. е. предельное

значение измеряемой величины.

Наибольшая приведённая погрешность определяет класс точности прибора. Если, например, класс точности амперметра равен 1,5, то это означа-

рассчитан на измерение токов до 15 А, то абсолютная погрешность измерения этим прибором составит

1,5 Апред 100 15 100 0,225 А.

Если указанным прибором измерить ток 10 А, то относительная по-

ром измерить ток 1 А, то относительная погрешность измерения не превы-

Различают основную и дополнительную погрешности. Основные погрешности возникают при нормальных условиях работы, указанных в паспорте прибора и условными знаками на шкале. Дополнительные погрешности возникают при эксплуатации прибора в условиях, отличных от нор-

66

мальных (повышенная температура окружающей среды, сильные внешние магнитные поля, неправильная установка прибора и др.).

3. Задания

3.1. Составить уравнения по второму закону Кирхгофа для левого и правого замкнутых контуров электрической цепи:

U E I R – второй закон Кирхгофа.

3.2. Составить уравнение по первому закону Кирхгофа для узла электрической цепи:

I 0 – первый закон Кирхгофа.

3.3. Решить систему полученных уравнений и определить токи в ветвях электрической схемы:

3.4. Определить показание вольтметра.

4. Контрольные вопросы

4.1. В чём заключается сущность электрических измерений?

4.2. На какие виды подразделяется измерительная аппаратура?

4.3. Какие существуют основные методы электрических измерений?

4.4. Что такое погрешность измерительных приборов?

4.5. Какие бывают виды погрешностей?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В пособии рассмотрены 14 тем практических занятий. В этих занятиях изложены методика выполнения расчётов электрических цепей постоянного и переменного тока, изучения работы и принципов действия электрических машин и некоторых электронных устройств. Представленные темы практических занятий сопровождаются краткими теоретическими сведениями.

Самостоятельное изучение теории и практики электротехники и электроники требует более простого изложения теоретического материала, которое сопровождалось бы простым и подробным изложением практического материала на примерах расчёта электрических цепей и изложения принципов действия устройств.

Авторы надеются, что такой подход в данном пособии поможет закрепить и усвоить теоретический материал по дисциплине «Электротехника и электроника».

67