Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
13 ЛР N 19(и).doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
17.11.2019
Размер:
237.57 Кб
Скачать

Лабораторная работа №13 Изучение работы полупроводникового диода и двухполупериодного выпрямителя

Студент должен знать: основные положения и понятия зонной теории; различие между металлами, полупроводниками и диэлектриками согласно зонной теории; типы полупроводников, образование и свойства p-n перехода; устройство и вольтамперную характеристику полупроводникового диода; схему и принцип работы двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим фильтром; электропроводность тканей организма, первичное действие на них постоянного тока; применение постоянного тока в лечебных целях (гальванизация и электрофорез).

Студент должен уметь: работать с электроизмерительными приборами, выпрямителем, использовать для исследования осциллограф.

Краткая теория

Выпрямитель, получивший в медицине название аппарата для гальванизации, служит для преобразования промышленного переменного тока в постоянный.

Этот аппарат состоит из выпрямляющего устройства, потенциометра и миллиамперметра. Потенциометр служит для регулирования выпрямленного напряжения, а миллиамперметр для измерения силы тока, пропускаемого через больного. Выпрямляющее устройство выполнено на основе полупроводниковых диодов.

Полупроводниковые диоды

В основу работы полупроводниковых диодов положено выпрямляющее свойство электронно-дырочного (p-n) перехода.

P-n переход представляет тонкий слой (10-4-10-5 см), образуемый на границе между двумя соприкасающимися полупроводниками с разными типами проводимости (рис.1). Так как кристалле p – типа концентрация дырок значительно больше, чем в кристалле nтипа, то они при контакте будут диффундировать из первого кристалла во второй.

Рис. 1

Аналогично, из n полупроводника в p – полупроводник будут диффундировать электроны. В пограничном слое электроны и дырки встречаются и рекомбинируют друг с другом, вследствие чего область контакта обедняется основными носителями и зарядами, и в контактной зоне образуется двойной электрический слой за счет некомпенсированных ионов примесей положительных ионов доноров в nобласти и отрицательных ионов акцепторов в р – области. Возникшее в этом слое электрическое поле напряженностью будет препятствовать дальнейшему переходу электронов в направлении np и дырок в направлении pn. Через некоторое время при определенном значении напряженности установится подвижное (динамическое) равновесие, при котором прекратятся преимущественные переходы электронов и дырок в указанных направлениях, т.е. количество электронов и дырок, перешедших из одного полупроводника в другой путем диффузии будет равно количеству электронов и дырок, возвращающихся обратно под действием электрического поля .

В итоге в приконтактной области образуется тонкий слой с большим электросопротивлением, который называется запирающим слоем (т.к. вследствие рекомбинации концентрации носителей заряда в нем мала).

Сопротивление запирающего слоя можно менять с помощью внешнего электрического поля.

Если напряженность внешнего поля совпадает по направлению напряженностью (рис.2), то оно еще дальше отодвинет электроны и дырки от места контакта полупроводников. Запирающий слой, объединенный носителями зарядами, расширится, а его сопротивление возрастет. Ток в этом случае практически отсутствует (величина тока, создаваемого неосновными носителями заряда, будет пренебрежимо мала, т.к. концентрации не основных носителей в полупроводниках весьма малы). Такое напряжение внешнего поля (np) называется запирающим, а малый ток – обратным.

Рис. 2

Изменим полярность внешнего напряжения (рис.3). Тогда напряженность внешнего поля, направленная противоположно напряженности , будет перемещать свободные электроны, и дырки по направлению к контактному слою. Прилежащие слои полупроводников обогащаются носителями зарядов, запирающий слой сужается, а его сопротивление уменьшается. При определенном значении приложенного внешнего напряжения запирающий слой исчезнет и через полупроводник пойдет большой ток. Такое направление внешнего электрического поля (pn) называется пропускным, а ток прямым.

Рис. 3

Вследствие этого сопротивление n-p - перехода от направления поля, он обладает односторонней проводимостью, что позволяет использовать его для выпрямления переменного тока. Если к такому контакту приложить переменное напряжение, через p-n – переход ток будет идти только в одном направлении: от p- проводника к n – полупроводнику.

Зависимость силы тока от приложенного напряжения (вольтамперная характеристика полупроводникового диода) изображена на рис. 4. Здесь же приведены обозначения диодов на схемах, соответствующие пропускному и запирающему направлениям включения внешнего электрического поля.

Выпрямительные свойства полупроводниковых диодов характеризуют коэффициентом выпрямления К, который равен:

.

Важной характеристикой полупроводниковых диодов является максимальное обратное рабочее напряжение (см. рис. 4), превышение которого может привести к пробою диода и нарушению его работы.

Полупроводниковые диоды, обладая малыми габаритами, большой надежностью, долговечностью и высоким коэффициентом полезного действия, нашли использование в выпрямителях и, следовательно, являются основной частью аппарата для терапии постоянным током.

Iпрям

Uобр(max)

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]