Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

4 семестр (2 курс)лала / ЭП (Электронные приборы) / Электронные приборы и устройства. Практикум.pdf

Скачиваний:

262

Добавлен:

11.05.2015

Размер:

3.73 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 485 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

	1
	0.1
	0.01
IDC	.10 3
1	.10 3
IDCopt
1 .10 4
1 .10 5
1	.10 6	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6
	0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6
				VDC
				Рис. 1.8

Анализ: после проведения оптимизации уменьшилась величина среднеквад- ратического отклонения SSE, как видно из графиков, ВАХ модели диода с опти- мальными параметрами лучше аппроксимирует экспериментальную ВАХ.

1.4. Практическое занятие

Цель:

1.Изучить математические модели полупроводникового диода.

2.Изучить алгоритм определения основных параметров нелинейной математической модели диода по его ВАХ.

3.С помощью математического пакета MathCAD по ВАХ заданного диода определить основные параметры его модели и исследовать влияние температуры на ВАХ диода.

Порядок выполнения задания:

1. С использованием математического пакета MathCAD по заданной экспериментальной ВАХ диода рассчитайте параметры математической модели диода I0 , n, rS. Оптимизируйте значения этих параметров. Координаты точек

прямой ветви ВАХ (U, I), измеренные при t = 20 °C , содержатся в файлах

VAH1.TXT, VAH2.TXT, …, VAH10.TXT в каталоге D:\STUDENT\… .

Как можно показать, что ВАХ, рассчитанная по (1.13) с оптимальными значениями параметров I0 , n, rS , лучше аппроксимирует экспериментальную

ВАХ, чем со значениями параметров до оптимизации?

2. Постройте с использованием выражения (1.1) и зависимости (1.3) графики прямой и обратной ветвей ВАХ для двух значений температуры 0 и 50°C для диапазонов напряжения от –100 до 0 В и от 0 до 0,8 В. Определите величину ТКН при значении прямого тока Iпр = 20 мА .

Как изменяется обратный ток диода с ростом температуры?

3. Постройте зависимости статического сопротивления по выражению

(1.5) и дифференциального сопротивления по выражению (1.7) от напряжения на диоде при прямом и обратном смещении для температуры 20°C. Диапазоны значений напряжения задать, как в п.2.

Сравните между собой статическое и дифференциальное сопротивле- ния диода при прямом и при обратном смещениях.

1.5.Контрольные вопросы

1.Чем обусловлена зависимость обратного тока диода от температуры?

2.Чем объясняется влияние температуры на прямую ветвь ВАХ диода?

3.Какой физический смысл имеет параметр ТКН?

4.Когда в качестве эквивалентной схемы диода можно использовать его дифференциальное сопротивление?

5.Какой физический смысл имеет параметр диода – дифференциальное

сопротивление?

6.Чем обусловлено наличие в полной эквивалентной схеме диода последовательного сопротивления?

7.Как можно графически определить обратный ток насыщения диода по его ВАХ?

8.Как графически определяется коэффициент неидеальности ВАХ?

9.Как можно графически определить последовательное сопротивление диода?

10.Чем обусловлено наличие емкости в эквивалентной схеме диода?

11.При выполнении каких расчетов необходимо учитывать емкость диода?

12.В каких случаях диод можно представить резистором с сопротивлением, равным статическому сопротивлению диода?

13.Каким параметром моделируется накопление носителей заряда в базе

диода?

14.Для какого типа перехода параметр γ =1/ 2 ?

15.Как по графику ВФХ диода определить параметр C0 ?

16.Как можно по графику ВФХ диода определить значения параметров γ и ϕк ?

<< RН , а

Рис. 2.1

2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ

ДИОДОВ И СТАБИЛИТРОНОВ

2.1. Выпрямители напряжения

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного напряжения или тока низкой частоты (50...20000 Гц) в постоянное напряжение или ток. Принцип действия выпрямительных диодов основан на использовании резкой асимметрии вольт-амперной характеристики (ВАХ) p-n-перехода.

Схема простейшего однополупериодного

выпрямителя показана на рис. 2.1, а форма входного и выходного напряжения и тока дио- да – на рис. 2.2. При действии положительной полуволны входного напряжения диод VD от- крыт, его сопротивление мало: Rд пр

амплитудные значения прямого тока диода и тока нагрузки определяются только сопротивлением нагрузки и амплитудой вход- ного напряжения:

Iнm = Iд m ≈ Uвх m RН .

(2.1)

Амплитудное значение выходного напряжения определяется амплитудой входного

напряженияUвых m = Uвх m − Uд пр ≈ Uвх m ,										(2.2)
U, В	Uд пр			поскольку падение				напряжения		на пря-
				мосмещенном диоде мало и его значение
10	Uвх
				определяется прямым током диода. Для
0		Uвых		кремниевых диодов				Uд пр = 0,5K1,4В, а
	Um обр			для германиевых Uд пр = 0,2K0,5В.

–10	20	40	60		При действии отрицательной полу-
0				волны входного напряжения диод VD за-
Iд, мА			t, мс	крыт,	его	сопротивление				велико:
				Rд обр >> RН , через нагрузку протекает
100
				обратный ток диода, величина которого

50				практически		не	зависит		от обратного
	Iд m			напряжения		Iн	= Iобр и		определяется

0				материалом, из которого изготовлен ди-
	20	40	60	од, и площадью поперечного сечения p-
0
			t, мс	n-перехода.		Для		кремниевых		диодов
	Рис. 2.2			Iобр	лежит в диапазоне от единиц нано-
				ампер до единиц микроампер, а для гер-

маниевых – от десятых долей до сотен микроампер.

Рис. 2.3

Выходные напряжение и ток нагрузки имеют форму импульсов (см. рис. 2.2) с амплитудами, равными амплитудным значениям выходного на- пряжения и тока диода. Амплитуда обратного напряжения, которое приклады- вается к диоду при действии отрицательной полуволны, равна амплитуде вход- ного напряжения:

Um обр = Uвх m − IобрRН ≈ Uвх m .

(2.3)

Постоянное напряжение такой фор-

мыдлямногихпримененийоказывается непригодным. Рассмотренную схему дополняют конденсатором, включен- нымпараллельнонагрузке(рис.2.3), что позволяет при правильном выборе ем-

кости конденсатора существенно уменьшить амплитуды пульсаций вы-

ходного напряжения и тока нагрузки

(рис. 2.4).

При действии положительной полуволны входного напряжения конденсатор C заряжается прямым током диода, а при действии отрицательной разряжается че- рез нагрузку. Амплитуда импульсов тока диода оказывается много больше макси- мальных значений тока нагрузки (см. рис. 2.4), что обусловлено малой длительно- стью импульсов, поскольку заряд конденсатора происходит только в те промежут- ки времени, когда напряжение на нем оказывается меньше входного. При этом среднее значение тока диода равно току нагрузки:

	1	T
Iд ср =	1	òiд (t)dt ≈ Iн m .		(2.4)
Iд ср =	T	òiд (t)dt ≈ Iн m .		(2.4)
		0
Пользуясь известным выражением
ic (t) = C		duc (t)	,	(2.5)
ic (t) = C		dt	,	(2.5)
		dt

связывающим мгновенные значения тока конденсатора ic (t) с напряжением на нем uc (t) , определим величину емкости C, которая позволяет обеспечить ам- плитуду пульсаций на нагрузке Uвых при токе нагрузки Iн m . После замены дифференциалов duc (t) и dt конечными приращениями Uвых и tразр с уче- том того, что разряд конденсатора происходит в течение промежутка времени,

равного практически целому периоду входного напряжения			tразр ≈ T = 1 f ,
получим выражение для емкости конденсатора:
C =	Iн m	,	(2.6)

Uвыхf

где f – частота входного напряжения.

U, В U	U	U		U
вх	вых	д пр			вых
10
0	Um обр
	Um обр
–10	20			40	60
0	20			40	60
I , мА			tразр		t, мс
н
100

В схеме однополупериодного выпрямителя с конденсатором амплитуда обратного напряжения, которое прикладывается к диоду при действии отрицательной полуволны, определяется удвоенной амплитудой входного напряжения, поскольку на-

пряжение на катоде диода Uк с помо- щью конденсатора поддерживается по- стоянным и равным ≈ Uвх m , а напря-

жение на аноде U а периодически уменьшается до − Uвх m :

50		Iн m			Um обр = Uк − Uа =
0		Iн m			= Uвх m + Uвх m ≈ 2Uвх m .		(2.7)
					= Uвх m + Uвх m ≈ 2Uвх m .		(2.7)
			40		Широко	используется	мостовая
0	20			60	Широко	используется	мостовая
0	20			60	схема выпрямителя, показанная на
				t, мс	схема выпрямителя, показанная на
Iд, А					рис. 2.5. Это двухполупериодный вы-
Iд, А					прямитель,	поскольку в	отличие от
1,5					прямитель,	поскольку в	отличие от
1,5					предыдущей схемы ток через нагрузку
					предыдущей схемы ток через нагрузку
1,0					протекает в течение обоих полуперио-
0,5					дов входного напряжения. Схема
0,5		Iд m			включает диодный мост, состоящий из
					включает диодный мост, состоящий из
0					четырех диодов. Переменное напряже-
0	20		40	60	ние подается в одну диагональ моста, а
				t, мс	нагрузка подключена к другой. Поэто-
					му при действии положительной полу-
	Рис. 2.4				волны входного напряжения открыты
					диоды VD2, VD3, а при действии от-

рицательной полуволны – VD1, VD4.

Форма выходного напряжения и тока нагрузки при емкости конденсатора C = 0 показана на рис. 2.6. При емкости C ¹ 0 амплитуда выходного напряже- ния и тока нагрузки уменьшается (рис. 2.7). Причем разряд конденсатора про- исходит в течение промежутка времени, равного практически половине перио-

да входного напряжения Dtразр » T / 2 =1 (2×f ) .			Поэтому требуемая емкость
конденсатора определяется согласно выражению
C =	Iн m	.	(2.8)
	Uвыхf
2

В мостовой схеме выпрямителя для обеспечения требуемого уровня пульсаций выходного напряжения при заданном токе нагрузки необходим

конденсатор с емкостью в два раза меньшей, чем в схеме однополупериодного выпрямителя.

	В мостовой схеме вы-
	прямителя с конденсатором
	амплитуда	обратного			на-
	пряжения,			которое
	прикладывается		к	одному
	диоду	при		действии
	отрицательной		полуволны,
	практически			равна
	амплитуде входного напря-
	женияU:m обр ≈ Uвх m .				(2.9)
Рис. 2.5	Это объясняется			тем,	что
	обратное напряжение при-

кладывается не к одному диоду, как в однополупериодном выпрямителе, а к двум последовательно включенным.

Использовать выпрямительные диоды на высоких частотах не представляет- ся возможным. Это обусловлено соизмеримостью длительности переходных про-

U, В	Uвх	2Uд пр			цессов при переключении диода с
U, В					прямого включения на обратное с
10					прямого включения на обратное с
10					периодом	входного	напряжения.
					Переходные процессы обусловлены
0					наличием диффузионной и барьер-
0		Um обр	Uвых		ной емкостей p-n-перехода. В мо-
		Um обр	Uвых		ной емкостей p-n-перехода. В мо-
–10					мент переключения диода наблю-
–10				60	дается бросок обратного тока, т.е.
0		20	40		дается бросок обратного тока, т.е.
0		20	40		диод обладает низким обратным
Iд, мА				t, мс	сопротивлением, которое устанав-
100					ливается	до своего	нормального
					(достаточно высокого) значения в
50					течение	конечного	промежутка
	Iд m				времени.
0					На рис. 2.8 показана форма вы-
0		20	40	60	ходного напряжения и тока нагруз-
0		20	40	60	ходного напряжения и тока нагруз-
				t, мс	ки однополупериодного выпрями-

		теля (см. рис. 2.1) на диоде КД226А
		при частоте входного напряжения
	Рис. 2.6	f = 100кГц . Напряжение и ток та-
	Рис. 2.6	кой формы (см. рис. 2.8) нельзя на-
		кой формы (см. рис. 2.8) нельзя на-

звать постоянными, поскольку в течение значительной части периода через нагруз- ку протекает ток в другом направлении.

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 485 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке ЭП (Электронные приборы)

#
11.05.20152.76 Mб290Лабораторный практикум (часть 1).pdf
#
11.05.20154.69 Mб101Лабораторный практикум (часть 2).pdf
#
11.05.201512.57 Mб1505Техническая электроника 2000 (Ткаченко Ф.А.).pdf
#
11.05.20154.05 Mб98Учебное пособие М.С. Хандогин.pdf
#
11.05.20151.65 Mб191Электронные приборы и устройства. Практикум 2005 (Бельский А.Я.).pdf
#
11.05.20153.73 Mб262Электронные приборы и устройства. Практикум.pdf
#
11.05.2015820.02 Кб72ЭП (Методическое пособие).pdf