- •Лекція 1 електровимірювальні прилади та електричні вимірювання
- •1.1. Основні поняття з теорії вимірювань
- •1.2. Класифікація вимірювальних приладів
- •Умовні позначення електровимірювальних приладів
- •Стандартні зображення електровимірювальних приладів
- •Позначення на шкалах приладу
- •Умовне позначення принципу дії приладів
- •Лекція 2 конструкція та принцип дії електровимірювальних приладів
- •2.1. Прилади магнітоелектричної системи
- •2.2. Прилади електромагнітної системи
- •2.3. Прилади електродинамічної системи
- •2.4. Прилади інших систем
- •2.5. Цифрові вимірювальні прилади
- •1.10. Електронно – променевий осцилограф
- •Лекція 3 Вимірювання електричних величин
- •3.1. Вимірювання струму та напруги
- •3.2. Вимірювання опорів
- •Лекція 4 електроніка та мікропроцесорна техніка
- •4.1. Промислова електроніка як галузь науки і техніки
- •4.2. Фізичні основи роботи напівпровідникових пристроїв
- •4.3. Класифікація напівпровідникових приладів
- •4.4. Напівпровідникові резистори
- •4.5. Напівпровідникові діоди
- •Лекція 5 транзистори та тиристори
- •5.1. Будова, принцип роботи, схеми вмикання біполярних транзисторів
- •5.2. Вольт – амперні характеристики біполярних транзисторів
- •5.3. Польові транзистори. Будова, принцип роботи та характеристики
- •5.4. Тиристори
- •Лекція 6 інтегральні мікросхеми та оптоелектронні прилади
- •6.1 Інтегральні мікросхеми
- •6.2. Напівпровідникові оптоелектронні пристрої
- •Лекція 7 випрямлячі
- •7.1. Призначення випрямлячів та показники якості їх роботи
- •7.2. Однофазні випрямлячі з активним навантаженням
- •7.3. Трифазні випрямлячі з активним навантаженням
- •7.4. Випрямлячі із фільтрами, що згладжують
- •7.5. Зовнішні характеристики випрямлячів малої потужності
- •13.6. Резюме
- •Лекція 8 підсилювачі
- •8.1. Основні показники роботи підсилювачів
- •8.2. Передавальна характеристика підсилювального каскаду
- •Підсилювальний каскад із спільним емітером
- •8.4. Диференційні підсилювачі
- •8.5. Операційні підсилювачі
- •14.6. Резюме
4.5. Напівпровідникові діоди
Напівпровідникові діоди являють собою напівпровідниковий прилад з одним р - п-переходом і двома виводами. Класифікація та умовні позначення діодів подані на рис. 4.7.
Рис. 4.7 Класифікація
напівпровідникових діодів
Всі напівпровідникові діоди можна розподілити на два класи: точкові та площинні. Точкові діоди утворюють вплавленням вістря сталевої дротинки до напівпровідника р-типу. При цьому утворюється зона з електропровідністю р-типу. Площа контакту мала, тому малим є і струм таких діодів. З тої ж причини мала і ємність між електродами таких діодів, що дозволяє використовувати їх для надвисоких частот (НВЧ-діоди). В основному точкові діоди використовують для випрямлення малих струмів.
В площинних діодах р – п перехід утворюється двома напівпровідниками різного типу електропровідності. Площа таких переходів у силових діодах може досягати декількох квадратних сантиметрів. Вивід від р-структури діода називають анодом, а вивід від структури п-типу називають катодом. Розглянемо властивості окремих груп площинних діодів.
Випрямні напівпровідникові діоди призначені для випрямлення змінного струму. Вольт-амперна характеристика (ВАХ) такого діода якісно подібна до показаної на рис. 4.3 характеристики р - п-переходу. Якщо скористатися однаковим масштабом струмів і напруг для прямого і зворотного напрямків, ВАХ діода буде мати вигляд, показаний на рис. 4.8.
З
рисунка видно, що в прямому напрямку
опір діода
,
а в зворотному напрямку він безмежно
великий. Цю основну властивість
напівпровідникового діода, - пропускати
струм у прямому і не пропускати в
зворотному, - використовують для
випрямлення змінного струму спеціальними
пристроями
-
випрямлячами.
Основними
параметрами випрямних діодів, які
дозволяють правильно обрати діод у
конкретних пристроях є:
максимально допустимий середній (за період) прямий струм
величина
якого визначається допустимим
нагрівом приладу;зворотна імпульсна напруга Uзв.і, яка періодично повторюється і величина якої звичайно складає 0,7 напруги пробою,
;імпульсна пряма напруга, - пікове значення прямої напруги на діоді для заданого значення імпульсу прямого струму;
максимальний зворотний струм, що тече через діод при наявності максимальної допустимої зворотної напруги;
максимальна потужність Ртах, яку спроможний розсіювати діод.
Рис. 4.8 Вольт-амперна характеристика
діода
Випрямні
діоди поділяються на германієві та
кремнієві. Більш розповсюджені кремнієві
діоди, які мають більшу граничну
температуру нагрівання ніж германієві
(120÷150 °С проти 55÷85 °С), менші зворотні
струми і більші допустимі зворотні
напруги. Але кремнієві діоди мають
більшу пряму напругу (порядка 1 В
проти
0,3 В
у
германієвих). За потужністю випрямні
діоди поділяються на діоди малої
потужності (
0,3 А),
середньої потужності (0,3
10
А)
і
великої потужності з прямим струмом
від 10 до 1000 А
і
більше.
Для отримання більшої зворотної напруги діоди можна з'єднувати послідовно. Промисловість випускає діодні стовпи з послідовним сполученням від 5 до 50 діодів із зворотною напругою 2÷40 кВ.
Випускаються і готові випрямні мости на кремнієвих діодах для безпосереднього використання у випрямлячах. Для збільшення прямого струму допустиме й паралельне сполучення діодів.
Стабілітрони
-
це напівпровідникові діоди, які працюють
на зворотній частині ВАХ у зоні
електричного пробою. Якщо напруга
електричного пробою низька, то потужність,
яка виділяється на ділянці 4 ВАХ р
– п
–
переходу (рис. 2.3), також невелика і
можлива тривала робота приладу в такому
режимі. Робочою ділянкою ВАХ стабілітрона
саме і є ділянка зворотної характеристики,
показана на рис. 2.9, а.
Під
час зміни струму через стабілітрон від
Iст
тin
до
Iсm
тах
напруга
на стабілітроні незначно зростає на
2∆U.
Середньому значенню струму стабілітрона
Iст
відповідає напруга стабілізації Uст.
Можливі відхилення від напруги
стабілізації складають звичайно ∆U
=
(0,05 ÷ 0,2)
Uст.
Мінімальні
і максимальні робочі струми
напівпровідникових стабілітронів
дорівнюють Іст
=
1 ÷ 10 мА,
а
мА.
Напруга
стабілізації Uст
може
знаходитись у межах Uст
=
1 ÷
1000
B.
Але найчастіше в електронних пристроях
систем автоматизації застосовуються
стабілітрони з
B
і з
мА.
Застосовуються
і більш потужні стабілітрони, наприклад,
Д815, які мають
В
і
струм
А.
Стабілітрони використовують у параметричних стабілізаторах напруги. Схема такого однокаскадного стабілізатора показана на рис. 2.9, б. Паралельно до резистора навантаження R під'єднано стабілітрон VD. Опір баластного резистора Rб вибирається так, щоби середньому значенню напруги U джерела живлення відповідало знаходження стабілітрона в точці з координатами Іст, Uст. Тоді Rб = (U - Uст)/(Iст + ІHB). Тут Iн - струм у навантаженні RHB. Згідно з другим законом Кірхгофа для схеми рис. 4.9, б можна записати рівняння:
.
Рис. 4.9 Схема
ввімкнення стабілітрона та його ВАХ
Із
збільшенням (зменшенням) напруги джерела
U
буде
різко збільшуватись (зменшуватись)
струм через стабілітрон Iст,
внаслідок чого буде різко збільшуватись
(зменшуватись) спадок напруги
на
баластному опорі Rб,
а напруга на стабілітроніі навантаженні
RHB
змінюватиметься
в незначному діапазоні. Для забезпечення
працездатності стабілізатора необхідно,
щоби струм навантаження ІHB
був
меншим від робочого струму стабілітрона
Іст.
Тунельні діоди мають лінійну ділянку ВАХ поблизу нульового значення напруги (приблизно від -0,05 до +0,05 В) і ділянку з від'ємною диференційною електропровідністю при подальшому збільшенні напруги. Застосовуються в генераторах високочастотних коливань і інших електронних пристроях.
Повернені діоди мають ВАХ, інверсну до звичайної, але з лінійною ділянкою поблизу нуля в оберненому напрямку. В прямому ж напрямку вони закриті до Uпр 0,3 + 0,55, а потім відкриваються. Тобто вони мають вентильні властивості в зоні низьких напруг, де звичайні діоди вентильних властивостей не мають.
