Вольтамперная характеристика (ВАХ) представляет собой график зависимости тока во внешней цепи p-n-перехода от значения и полярности напряжения, прикладываемого к нему. Эта зависимость может быть получена экспериментально или рассчитана на основании уравнения вольтамперной характеристики. Тепловой ток p-n-перехода зависит от концентрации примеси и температуры. Увеличение температуры p-n-перехода приводит к увеличению теплового тока, а, следовательно, к возрастанию прямого и обратного токов.Увеличение концентрации легирующей примеси приводит к умень-шению теплового то-ка, а, следовательно, к уменьшению прямого и обратного токов p-n-перехода. 14. Пробой p-n –перехода – называют резкое изменение режима работы перехода, находящегося под обратным напряжением. Сопровождающееся Резким увеличением обратного тока, при незначительно уменьшающемся и даже убывающем обратном напряжении: Три вида пробоя: 1.Тунельный (электрический) – явление прохождение электронов через потенциальный барьер; 2. Лавинный (электрический) – возникает, если, при движении до очередного соударения с атомом дырка(электрон) приобретает энергию достаточную для ионизации атома; 3. Тепловой пробой (необратим) – возникает при разогреве полупроводника и соответствующем увеличением удельной проводимости. Выпрямительные диоды служат для преобразования переменного тока в пульсирующий ток одного направления и используется в источниках питания радиоэлектронной аппаратуры. Германиевые выпрямительные диоды Изготовление германиевых выпрямительных диодов начинается с вплавления индия в исходную полупроводниковую пластину германия n-типа. В свою очередь исходная пластина припаивается к стальному кристаллодержателю для маломощных выпрямительных диодов или к медному основанию для мощных выпрямительных диодов. Рис 24 конструкция маломощного сплавного диода. 1- кристаллодержатель; 2 – кристалл; 3 – внутр. вывод; 4 – коваровый корпус; 5 – изолятор; 6 – коваровая трубка; 7 – внешний вывод Рис 25 ВАХ германиевого диода Из рис 25 видно, что с ростом температуры в значительной степени увеличивается обратный ток диода, а величина пробивного напряжения уменьшается. Германиевые диоды различного назначения имеют величину выпрямленного тока от 0,3 до 1000А. Прямое падение напряжения не превышает 0,5В, а допустимое обратное напряжение 400В. Недостатком германиевых диодов является их необратимый пробой даже при кратковременных импульсных перегрузках Кремниевые выпрямительные диоды Для получения p-n перехода в кремниевых выпрямительных диодах осуществляют вплавление алюминия в кристалл кремния n-типа, или сплава золота с сурьмой в кремний p-типа. Для получения переходов используют также диффузионные методы. Конструкции ряда маломощных кремниевых диодов практически не отличается от конструкций аналогичных германиевых диодов. Рис 27 ВАХ кремниевого диода Прямая ветвь слабо изменяется в довольно значительном интервале температур (с ростом температур она будет несколько круче), а падение напряжения в прямом направлении уменьшится. В качестве выпрямительных диодов используются и диоды Шотки. Важная особенность этих диодов - меньшее прямое падение напряжения – 0,2В. Применение таких диодов уменьшает потери на 10-15% Основные параметры выпрямительных диодов постоянное прямое напряжение на диоде при заданном значении прямого тока через диод постоянный прямой ток величина обратного тока при заданном значении обратного напряжения максимальное обратное напряжение рабочий диапазон температур максимальная частота, на которой еще не происходит ухудшение основных параметров тепловое сопротивление переход-корпус, переход-среда максимальная емкость диода внутреннее или диф-ное сопротивление диода в рабочей точке сопротивление постоянного тока коэффициент выпрямления studfiles.net Прежде всего, вернемся к теоретически изученным ВАХ. Теоретическая ВАХ n-p-перехода и диода показаны на рисунке 5.2 Из рисунка 5.2 видно, что кривые отличаются друг от друга. 1 - Кривая ВАХ - p-n-перехода; 2 - ВАХ - диода Рисунок 5.2 Чем это объяснить? В области прямых токов это объясняется тем, что часть внешнего напряжения, приложенного к выводам диода, падает на объемном электрическом сопротивлении базы rБ(т.е. определяется объемом и собственным сопротивлением).rБлежит в пределах 1..10 Ом. Падение напряжения на базе становится существенным для токов, больших, чем единицы миллиампер. Кроме того, часть напряжения падает на сопротивлениях выводов. В результате напряжение на p-n-переходе будет меньше, чем напряжение на диоде. Реальная характеристика в области прямых напряжений описывается выражением , где Uпр- напряжение, приложенное к выводам;r- суммарное сопротивление базы и выводов. При увеличении обратного напряжения ток диода не остается постоянным и равным I0, а увеличивается. Первая причина увеличения обратного тока заключается в термической генерации зарядов на переходе (что не учитывается при теоретическом выводе). Эта составляющая называется током термогенерации IТГ.С ростом обратного напряжения переход расширяется, количество генерируемых в нем носителей увеличивается иIТГрастет. Вторая причина - конечная величина проводимости поверхности кристалла, из которого изготовлен диод. Этот ток называется током утечки IУ. У современных приборов он всегда меньше тока термогенерацииIТГ. Таким образом, суммарный обработанный ток определяется выражением . С изменением температуры меняется ход прямой и обратной ветвей ВАХ диода. При увеличении температуры возрастает количество неосновных носителей в кристалле полупроводника и поэтому растет обратный ток перехода. Это обусловлено увеличением токов I0иIТГ,изменяющихся по законам: , где I0(T0) - токи при температуреТ0;Т =Т -Т0. Для кремния = 0,09К-1,b= 0,07К-1. Ток утечки мало зависит от температуры, но может существенно меняться во времени. Поэтому он не определяет временную нестабильность обратной ветви ВАХ диода. Теперь о прямой ветви ВАХ. Прямая ветвь с ростом температуры сдвигается влево и становится более крутой (рисунок 5.3). Это объясняется ростом обратного тока Iобри уменьшением собственного сопротивления базыrБ, что, в свою очередь, уменьшает падение напряжения на базе, а напряжение на переходе растет при неизменном напряжении на выводах. Для оценки температурной нестабильности прямой ветки вводится температурный коэффициент напряжения (ТКН) , показывающий, как изменится прямое напряжение на диоде с изменением температуры на 1С. При фиксированном прямом токе в диапазоне от -60С до +60С. Назначение - преобразование переменного тока промышленной частоты в постоянный. Используются переходы с большой площадью для пропускания больших токов. Кремневые выпрямительные диоды работают в диапазоне температуры от -60С до +125С. Предельные электрические режимы: обратное напряжение Uобр.maxи средний выпрямительный токI выпр. Сегодня промышленностью выпускаются кремниевые диоды, характеризуемые I выпр >100A иUобр.max =1000В. Если необходимо работать при U>Uобр,то диоды соединяются последовательно. Для увеличения выпрямляемого тока можно включать диоды параллельно. Серийно выпускаемые промышленностью диоды имеют следующие обозначения: КД102, КД106, КД204, КД212, КД226; сдвоенные диоды КД205; два диода с общим катодом КД704; последовательно соединенные диоды КД629. studfiles.net Существует немало устройств, созданных с целью преобразования электрического тока, и выпрямительные диоды – одни из них. Выпрямительный диод – преобразователь тока переменного в постоянный. Является одним из видов полупроводников. Широкое применение получил благодаря основной характеристике – переводу электрического тока строго в одном направлении. Необходимый эффект при работе устройства создают особенности p-n перехода. Заключаются в том, что рядом с переходом двух полупроводников встраивается слой, который характеризуется двумя моментами: большим сопротивлением и отсутствием носителей заряда. Далее при воздействии на данный запирающий слой переменного напряжения извне толщина его уменьшается и впоследствии исчезает. Возрастающий во время этого ток и является прямым током, который проходит от анода к катоду. В случае перемены полярности внешнего переменного напряжения запирающий слой будет больше, и сопротивление неминуемо возрастет. ВАХ выпрямительного диода (вольт-амперная характеристика) также дает представление о специфике работы выпрямителя и является нелинейной. Выглядит следующим образом: существует две ветви – прямая и обратная. Первая отражает наибольшую проводимость полупроводника при возникновении прямой разницы потенциалов. Вторая указывает на значение низкой проводимости при обратной разнице потенциалов. Вольт-амперные характеристики выпрямителя прямо пропорциональны температуре, с повышением которой разность потенциалов сокращается. Электрический ток не пройдет через устройство в случае низкой проводимости, но лавинный пробой происходит в случае возросшего до определенного уровня обратного напряжения. При эксплуатации выпрямительного полупроводникового диода польза извлекается только из половины волн переменного тока, соответственно, безвозвратно теряется более половины входного напряжения. С целью улучшить качество преобразования переменного тока в постоянный используется сборка из четырех устройств – диодный мост. Выгодно отличается тем, что пропускает ток на протяжении каждого полупериода. Диодные мосты производят в виде комплекта, заключенного в пластиковый корпус. Основные параметры выпрямительных диодов базируются на таких значениях: Выпрямители промышленность выпускает с разными физическими характеристиками. Соответственно, устройства имеют разную форму и способ монтажа. Разделяются при этом на три группы: При приобретении устройства необходимо руководствоваться такими параметрами: В зависимости от физических характеристик на корпус устройства наносится соответствующее обозначение. Каталог с маркировкой выпрямительных диодов представлен в специализированном справочнике. Необходимо знать, что маркировка импортных аналогов отличается от отечественных. Также стоит обратить внимание на то, что выпрямительные схемы отличаются по количеству фаз: Отдельную позицию занимает диод Шоттки. Изобрели его в связи с растущими потребностями в развивающейся отрасли радиоэлектроники. Основное отличие его от остальных диодов заключается в том, что в его конструкцию заложен металл-полупроводник как альтернатива p-n переходу. Соответственно, диод Шоттки обладает своими, уникальными свойствами, которыми не могут похвастаться кремниевые выпрямительные диоды. Некоторые из них: При изготовлении диода Шоттки применяют такие материалы, как кремний и арсенид галлия, но иногда применяется и германий. Свойства материалов немного отличаются, но в любом случае, максимально допустимое обратное напряжение для выпрямителя Шоттки составляет не более 1200 V. В противовес всем достоинствам конструкция данного вида имеет и минусы. Например, в сборке моста устройство категорически не воспринимает превышение обратного тока. Нарушение условия приводит к поломке выпрямителя. Также малое падение напряжения происходит при невысоком напряжении около 60-70 V. Если значение превышает этот показатель, то устройство превращается в обыкновенный выпрямитель. Стоит отметить, что достоинства диода мощного выпрямительного Шоттки значительно превышают недостатки. Для стабилизации напряжения используют специальное приспособление, способное работать в режиме пробоя, – стабилитрон, зарубежное название которого «диод Зенера». Выполняет свою функцию устройство, работая в режиме пробоя при напряжении обратного смещения. Возрастание силы тока происходит в момент пробоя, одновременно опускается до минимума дифференциальное значение, вследствие чего напряжение стабильное и охватывает достаточно серьезный диапазон обратных токов. В связи с неудержимым развитием научно-технического прогресса применение выпрямителей затронуло все сферы жизнедеятельности человека. Диоды силовые выпрямительные эксплуатируются в таких узлах и механизмах: В повседневной жизни выпрямители используют в различных транзисторных схемах. Применяют в основном маломощные устройства как в виде однополупериодного выпрямителя, так и виде диодного моста. Например, диоды выпрямительного блока генератора хорошо известны автолюбителям. 220.guru постоянное прямое напряжение на диоде при заданном значении прямого тока через диод постоянный прямой ток величина обратного тока при заданном значении обратного напряжения максимальное обратное напряжение рабочий диапазон температур максимальная частота, на которой еще не происходит ухудшение основных параметров тепловое сопротивление переход-корпус, переход-среда максимальная емкость диода внутреннее или диф-ное сопротивление диода в рабочей точке сопротивление постоянного тока коэффициент выпрямления Стабилитрон – это прибор, предназначенный для стабилизации напряжения на присоединенной параллельно ему нагрузке в случае изменения ее сопротивления или величины напряжения питания При работе стабилитрона используется участок пробоя на обратной ветви ВАХ, где значительному изменению тока соответствует очень малое изменение напряжения. Напряжение стабилизации зависит от толщины p-nперехода, а толщина от величины удельного сопротивления материала Рис 28 ВАХ стабилитрона Рис 29 параметрический стабилизатор напряжения; 1 – нагрузка; 2 – для уменьшения пульсации вешается конденсатор. При изменении температуры напряжение стабилизации изменяется неоднозначно. В слаболегированных полупроводниках (используются в высоковольтных стабилитронах) с ростом температуры длина свободного пробега носителей уменьшается. Для того, чтобы при меньшей длине свободного пробега носители могли приобрести энергию, достаточную для ионизации валентных связей, требуется большая величина напряженности электрического поля. Напряжение пробоя с ростом температуры должно увеличиваться. В сильнолегированных полупроводниках при росте температуры ширина запрещенной зоны падает, вероятность тунеллирования носителей увеличивается, а напряжение пробоя уменьшается. Следовательно, высоковольтные и низковольтные стабилитроны должны иметь противоположные изменения величины стабилизации при изменении температуры Основные параметры стабилитрона: напряжение стабилизации минимальный и максимальный токи стабилизации температурный коэффициент напряжения стабилизации дифференциальное сопротивление в рабочей точке статическое сопротивление в рабочей точке коэффициент качества Стабисторы Для стабилизации небольших напряжений (меньше 1В) используют прямую ветвь ВАХ. Предназначенные для этого полупроводниковые диоды называют стабисторами. Кремниевые стабисторы имеют напряжение стабилизации около 0,7В. Для получения малого сопротивления базы диода и меньшего прямого дифф. сопротивления используют кремний с повышенной концентрацией примеси. Стабисторы могут выполняться на основе других полупроводниковых материалов. 2. Собственная электропроводность полупроводников. 3. Электронная электропроводность полупроводников. 4. Дырочная электропроводность полупроводников. 5. Электронно-дырочный переход. Виды пробоя электронно-дырочного перехода. 6. Механизм туннельного пробоя электронно-дырочного перехода. 7. Прямое и обратное включение р-п-перехода. 8. Переход металл-полупроводник. 9. ВАХ р-n-перехода и перехода металл-полупроводник. 10. Ширина и емкость электронно-дырочного перехода. 11. Эквивалентная схема р-п-перехода. 12. Переходные процессы в p-n-переходе. 13. Основные виды диодов и технологии их производства. 14. Выпрямительные диоды. 15. Стабилитроны и стабисторы. 16. Высокочастотные и импульсные диоды. 17. Диоды с накоплением заряда. 18. Туннельные и обращенные диоды. 19. Диоды сверхвысокочастотные. 20. Устройство, конструктивно-технологические особенности, схемы включения биполярных транзисторов. 21. Режимы работы биполярных транзисторов, статические параметры, физические процессы. 22. Модель Эберса - Молла. 23. Статические характеристики в схеме с общим эмиттером. 24. Устройство и основные виды полевых транзисторов. Полевые транзисторы с управляющим переходом. 25. Устройство и основные виды полевых транзисторов. Полевые транзисторы с изолированным затвором. ВОПРОС 16 высокочастотные диоды предназначены для детектирования колебаний высокой частоты и используются в радиоприемной, телевизионной и другой аппаратуре. Они могут быть точечными, дифф-ными, сплавными или иметь мезаструктуру. Рис 31 конструкция ВЧ диода. 1 – внешние выводы; 2 – кристалл; 3 – стеклянный корпус; 4 – вольфрамовый электрод Рис 32 а) эквивалентная схема p-n перехода; б) ВАХ точечного германиевого диода Эквивалентная схема кроме сопротивления перехода и емкости перехода содержит сопротивление растекания. Его величина определяется геометрическими размерами и конфигурацией точечного перехода. Если предположить, что контакт имеет полусферическую форму, то величина сопротивления растекания приближенно может быть определена: , где- удельное объемное сопротивление полупроводника;- радиус закругления контакта. Барьерная емкость точечных диодов не превышает 1пФ, их рабочая частота достигает 150МГц. Высокочастотные кремниевые диоды в конструктивном отношении не отличаются от германиевых. ВАХ кремниевых микросплавных диодов близки к теоретическим, если эксплуатация диодов соответствует паспортным режимам. Импульсные диоды Импульсные диоды предназначены для работы в устройствах импульсной техники. Особенностью их работы является значительное проявление эффектов накопления и рассеивания носителей при больших уровнях мощность переключающего сигнала. Переходы импульсных диодов изготавливаются такими же методами, как и высокочастотные. Рис 33 конструкция импульсных диодов. 1 – кристаллодержатель; 2 – стеклянный корпус; 3 – коваровая трубка; 4 – внешние выводы; 5 – контактная пружина; 6 – кристалл; 7 – припой. Основные параметры высокочастотных и импульсных диодов постоянное прямое напряжение при заданном прямом токе максимальная величина обратного тока при максимальной величине обратного напряжения емкость диода при заданной величине обратного напряжения время восстановления обратного сопротивления постоянное и импульсное обратные напряжения средний выпрямленный ток импульсный прямой ток частота без снижения параметров, соответствующих паспортному режиму диапазоны рабочих температур. studfiles.net Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода. Плоскостные p-n-переходы для полупроводниковых диодов получают методом сплавления, диффузии. Выпрямительные диоды используют для выпрямления переменных токов частотой 50 Гц – 100 кГц. В них используется главное свойство p-n-перехода – односторонняя проводимость. Главная особенность выпрямительных диодов большие площади p-n-перехода, поскольку они рассчитаны на выпрямление больших по величине токов. Основные параметры выпрямительных диодов даются применительно к их работе в однополупериодном выпрямителе с активной нагрузкой (без конденсатора, сглаживающего пульсации). Среднее прямое напряжение Uпр..ср — среднее за период прямое напряжение на диоде при протекании через него максимально допустимого выпрямленного тока. Средний обратный ток Iобр. ср — средний за период обратный ток, измеряемый при максимальном обратном напряжении. Максимально допустимое обратное напряжение Uобр. mах (Uобр. и mах) – наибольшее постоянное (или импульсное) обратное напряжение, при котором диод может длительно и надежно работать. Максимально допустимый выпрямленный ток Iвп. ср mах — средний за период ток через диод (постоянная составляющая), при котором обеспечивается его надежная длительная работа. Превышение максимально допустимых величин ведет к резкому сокращению срока службы или пробою диода. Максимальная частота fмах — наибольшая частота подводимого напряжения, при которой выпрямитель на данном диоде работает достаточно эффективно, а нагрев диода не превышает допустимой величины. В выпрямительном устройстве энергия переменного тока преобразуется в энергию постоянного тока за счет односторонней проводимости диодов. Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор с одним p-n переходом и двумя выводами, в котором используются свойства перехода. На рис.4.1,а приведена характеристика диода с одинаковым масштабом по осям прямого (прямая ветвь) и обратного (обратная ветвь) смещений. Реальная характеристика (сплошная линия) отличается от теоретической (пунктирная кривая). На прямой ветви при больших токах заметным оказывается уже падение напряжения IaRобл на омических сопротивлениях областей и общее напряжение Ua на переходе будет больше напряжения , приложенного к переходу, на величинуIaRобл: . На обратной ветви характеристики отличие более существенно. Во-первых, обратный ток Iобр больше I0 и, как правило, несколько возрастает с ростом Uобр. Одной из причин этого являются токи утечки на поверхности кристалла, другой – наличие тока термогенерации, который не учитывался идеальной вольт-амперной характеристикой Во-вторых, при больших обратных напряжениях возникает пробой р-п перехода, обусловливающий резкий рост обратного тока. Параметры диода, характеризующие прямую ветвь (точка А, рис.4.1,б): 1. Iпр – длительно допустимый постоянный прямой ток; 2. Ua – прямое падение напряжения на диоде при постоянном прямом токе; 3. – дифференциальное сопротивление диода. Оно может быть определено из вольт-амперной характеристики по приращениям: , а также из теоретической характеристики (3.7): (4.1) для диодов используется значительно реже, чем Iпр и Ua. Параметры диода, характеризующие обратную ветвь (точка В): 1. Uобр.max – допустимое обратное напряжение на диоде, при котором не происходит пробоя даже в наихудших условиях. Оно задается с достаточным запасом по отношению к Uпроб: , (4.2) где m – коэффициент запаса. В зависимости от типа диода коэффициент запаса находится в пределах 0,4–0,7 /4,5/. 2. Iобр – постоянный обратный ток, протекающий через диод при постоянном обратном напряжении Uобр.max. Необходимо отметить, что приведенные выше параметры определены по статической вольт-амперной характеристике, снятой при постоянном токе. Для некоторых типов диодов набор параметров и способ их задания отличаются от приведенных, на что будет указано при рассмотрении некоторых разновидностей диодов. studfiles.net Полупроводниковым диодом называется прибор с одним p-n переходом и двумя выводами, позволяющими включать его во внешнюю электрическую цепь. О принципе действия и физике проходящего в этом приборе процессе будет рассказано в данном материале. Работа полупроводниковых диодов основана на свойствах p-n перехода, который образуется на границе раздела областей полупроводника с дырочной (p) и электронной проводимостью (n). Концентрация электронов в n – области значительно больше, чем в p-области, а дырок в p – области больше, чем в n – области. Неодинаковая плотность частиц вызывает диффузию основных носителей из областей с большей концентрацией: электронов из n – области и дырок из p – области. В результате рекомбинации на границе p - и n - областей возникает обедненный носителями слой, который называется запирающим (рис. 1, а). Ионы донорной и акцепторной примеси в области запирающего слоя создают электрическое поле с напряженностью Евн, которое препятствует дальнейшей диффузии основных носителей и создает дрейфовый ток, обусловленный неосновными носителями. Рисунок 1. Полупроводниковый диод При подключении источника э.д.с. к n-p переходу в зависимости от направления вектора напряженности источника ширина запирающего слоя может: Перечисленные свойства p-n перехода используются в полупроводниковых диодах. Полупроводниковые диоды имеют несимметричные электронно-дырочные переходы. Одна область полупроводника с более высокой концентрацией примесей (высоколегированная область) служит эмиттером, а другая с меньшей концентрацией примесей (низколегированная область) – базой. Вывод, который подключает эмиттер к внешней электрической цепи, называется катодным, а вывод, который подключается к базе – анодным (рис. 1, б). Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в ток одного направления. Вольт - амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода показана на рис. 2. Рисунок 2. ВАХ полупроводникового диода Вольт - амперная характеристика имеет прямую («1» на рис. 2) и обратную («2» на рис. 2) ветви. При включении диода в прямом направлении (прямая ветвь ВАХ) вектор напряженности внешнего источника Еист направлен противоположно вектору напряженности p-n перехода диода, положительный полюс источника подключен к аноду диода, а отрицательный полюс к катоду диода. При этом суммарный вектор напряженности уменьшается. Это приводит к уменьшению потенциального барьера в p-n переходе. В этом режиме часть основных носителей заряда с наибольшими значениями энергии будет преодолевать понизившийся потенциальный барьер, и проходить через p-n-переход. В переходе нарушится равновесное состояние, и через него потечет диффузионный ток обусловленный инжекцией электронов из n-области в полупроводник и дырок - из p-области в n-полупроводник. Напряжение Uпор, начиная с которого малые приращения прямого напряжения вызывают резкое увеличение тока, называют пороговым. При включении диода в обратном направлении (обратная ветвь ВАХ) направление вектора напряженности внешнего источника Еист совпадает с вектором напряженности поля перехода: отрицательный полюс источника соединен катодом диода, а положительный полюс источника соединен с анодом диода. Такое включение диода приводит к увеличению потенциального барьера p-n перехода диода и ток через переход будет определяться неосновными носителями заряда: электронами из p-области в n-область и дырками из n-области в p-область. Этот процесс называется экстракцией неосновных носителей, а ток, протекающий через диод, называют обратным током Iобр. При дальнейшем увеличении обратного напряжения, приложенного к диоду, при некотором значении Uобр1 в нем будет происходить резкий рост обратного тока – участок «3» на рисунке 2. Это явление называется пробоем. Различают электрический и тепловой пробой p-n перехода. Лавинный пробой – это электрический пробой перехода, вызванный лавинным размножением носителей заряда под действием сильного электрического поля. Электроны, ускорившись в поле запирающего слоя, выбивают из атомов полупроводника валентные электроны, которые, в свою очередь, успевают ускориться и выбить новые электроны, и т.д. Процесс развивается лавинообразно и сопровождается быстрым нарастанием обратного тока. Тепловой пробой возникает из-за перегрева p-n перехода или отдельного его участка (участок «4» на рис. 2). При этом происходит интенсивная генерация пар электрон – дырка и увеличивается обратный ток, что приводит к увеличению мощности, выделяющейся в p-n переходе и дальнейшему его разогреву. Этот процесс также лавинообразный, завершается расплавлением перегретого участка перехода и выходом диода из строя. В зависимости от соотношения линейных размеров выпрямляющего p-n перехода полупроводниковые диоды делятся на два класса: точечные и плоскостные. Точечные диоды имеют малую емкость p-n перехода и применяются для выпрямления переменного тока любых частот вплоть до СВЧ. В плоскостных диодах емкость p-n перехода составляет несколько десятков пФ. Лабораторная работа посвящена исследованию полупроводникового выпрямительного диода. Исследуемый диод FR302 закреплен на стеклотекстолитовой плате вместе с токоограничительным резистором МЛТ-2 43 Ом. Резистор предназначен для ограничения тока при снятии прямой ветви характеристики, т. к. при открытом p-n-переходе сопротивление диода мало. Проводимость диода исследуется с помощью миллиамперметра (микроамперметра) и вольтметра, по показаниям, которых строится вольтамперная характеристика (ВАХ) диода. Рисунок 3. Электрическая принципиальная схема снятия прямой ветви ВАХ диода Питание установки осуществляется от регулируемого блока питания, который дает постоянный ток напряжением от 0 до 12 В (стабилизированный выход) и постоянный ток напряжением от 0 до 36 В (нестабилизированный выход). Для снятия прямой ветви характеристики используется миллиамперметр и милливольтметр, т. к. в открытом состоянии падение напряжения на диоде составляет около 1 В, а ток через него достигает 200 мА. Рисунок 4. Электрическая принципиальная схема снятия обратной ветви ВАХ диода Для снятия обратной ветви ВАХ диода обратное напряжение на диоде доводится до 36 В. При таком напряжении обратный ток диода FR302 остается небольшим (единицы-десятки микроампер), поэтому для его измерения в цепь вместо миллиамперметра включают микроамперметр. Сильно увеличивать обратный ток диода крайне нежелательно, так как это может привести к его выходу из строя. К тому же напряжения выше 42 В опасны, и их использование нежелательно. Материал предоставил для изучения - Denev. Форум Обсудить статью ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ radioskot.ru Введение Полупроводниковый прибор, который имеет два электрода и один(или несколько) p-n-переходов, называется диодом. 1 Цель работы Целью работы является: -исследование вольтамперной характеристики (ВАХ) выпрямительного полупроводникового диода; - исследование ВАХ полупроводникового стабилитрона; - исследование работы полупроводниковых выпрямителей. 2 Общие теоретические положения Выпрямительные полупроводниковые диоды изготавливается, как правило, из кремния, германия или арсенида галлия. Классифицировать выпрямительные полупроводниковые диоды можно по конструкции и технологии изготовления. В зависимости от конструкции выпрямительные полупроводниковые диоды делятся на плоскостные и точечные, а в зависимости от технологии изготовления - на сплавные, диффузионные и эпитаксиальные. Предназначенные‚ для выпрямления больших токов выпрямительные полупроводниковые диоды большой мощности называют силовыми. Они позволяют выпрямлять токи силой видать до 30 А. Материалом для таких диодов обычно служит кремний или арсенид галлия, поскольку германий характеризуется сильной зависимостью обратного тока через р-n-переход от температуры. Основные характеристики полупроводникового диода можно получить, анализируя его ВАХ. При исследовании ВАХ следует принимать во внимание, что зависимость тока I через p-n-переход от падения напряжения на переходе описывается уравнением Эберса-Молла: I=Is(eU/φ-1) где Is - обратный ток насыщения диода, а φ - тепловой потенциал. На рис. 2.1.а приведено условное графическое обозначение полупроводникового диода на электрических схемах, его структура — на рисунок 2.1.б. Электрод диода, подключенный к области р, называют анодом, а электрод, подключенный к областиn - катодом. Статическая вольтамперная характеристика диода показана на рисунок 2.1.в. Рисунок 2.1 Условное обозначение (а), структура (б) и статическая вольтамперная характеристика (в) полупроводникового диода: Стабилитрон – это полупроводниковый диод, р-n-переход которого работает в режиме лавинного пробоя. Такой режим возникает при смещении р-n-перехода в обратном направлении. В режиме лавинного пробоя в широком диапазоне изменения тока через диод падение напряжения на нем остается практически неизменным. На рисунок 2.2 (а, б) показано схематическое изображение стабилитронов, а на рисунок 2.2.в приведена типовая ВАХ. Рисунок 2.2. Схематическое изображение стабилитронов (а – односторонний, б_- двухсторонний) и их ВАХ (в): Uст - напряжение стабилизации Иногда для стабилизации напряжения используют тот факт, что прямое падение напряжения на диоде слабо зависит от силы протекающего через р-n-переход тока. Приборы, в которых используется этот эффект в отличие от стабилитронов называются стабисторами. Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное. Основное назначение выпрямителей заключается в сохранении направления тока в катушке при изменении полярности напряжения, приложенного к входу выпрямителя. Существуют разновидности полупроводниковых выпрямителей, отличающиеся количеством диодов и схемой их включения. Ниже рассмотрены некоторые из этих схем. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя приведена на рисунок 2.3. Рисунок 2.3. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя Tp – трансформатор, Rн – сопротивление нагрузки, u1, u2 – напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора, uн – напряжение на нагрузке. Однофазный однополупериодный выпрямитель пропускает на выход только одну полуволну питающего напряжения. Среднее значение напряжения на выходе такого выпрямителя вычисляется по формуле: где Um - амплитуда напряжения на вторичной обмотке трансформатора; Т - период входного напряжения; ω - круговая частота сигнала, ω = 2п/Т. На рисунок 2.4. приведена схема двухфазного двухполупериодного выпрямителя. Рисунок 2.4. Схема двухполупериодного выпрямителя Она представляет собой два параллельно соединенных однофазных выпрямителя, которые питаются от двух половин вторичной обмотки трансформатора. В результате создаются два противофазных питающих выпрямители напряжения. Двухфазный двухполупернодный выпрямитель характеризуется хорошим использованием трансформатора. Среднее значение напряжения на выходе выпрямителя вычисляется по формуле: 3 Экспериментальная часть 3.1 Справочные характеристики полупроводникового диода КД103А Iпр max, А 0,1 Iпр и max, A 2 I обр,max, мкА 0,4 U обр,max, B 50 Uпр max, B 1 Iпр, А 0,05 Iпр, А 0,05 3.2 Исследование вольтамперной характеристики выпрямительного диода. При исследовании ВАХ выпрямительного диода используется электрическая схема, изображенная на рисунок 3.1. Рисунок 3.1. Принципиальная электрическая схема для исследования ВАХ выпрямительного диода DAC0 – аналоговый выход 0; AIGND – Analog Input Ground – аналоговая земля; ACh2± - Analog Channel 1± - аналоговый вход 1, полярность + или -. Измерения проводились следующим образом. С помощью элементов управления ВП Emin и Emax выбирали диапазон изменения напряжения на выходе источника ЭДС в пределах от 0 В до +2 В. После чего нажимали на панели ВП кнопку «Измерение». На графическом индикаторе ВП появился график ВАХ выпрямительного полупроводникового диода. По формулам находим статическое сопротивление диода и дифференциальное сопротивление диода. Результаты занесены в таблицу 1. Таблица 1. Iд, мА Uд, В Rст, Ом rдиф, Ом 5,05 0,71 140 10,5 6 0,72 120 0,5 0,61 1220 60 1 0,64 640 Рисунок 2 – Полученный график ВАХ выпрямительного полупроводникового диода Вывод: по полученному графику ВАХ (рисунок 2) можно сказать, что диод обладает односторонней проводимостью. 3.3 Исследование вольтамперной характеристики стабилитрона. При исследовании ВАХ выпрямительного диода используется электрическая схема, изображенная на рисунок 3.2. Рисунок 3.2. Принципиальная электрическая схема для исследования ВАХ стабилитрона. Измерения проводились следующим образом. С помощью элементов управления ВП Emin и Emax выбирали диапазон изменения напряжения на выходе источника ЭДС в пределах от -10 В до +2 В. После чего нажимали на панели ВП кнопку «Измерение». На графическом индикаторе ВП появился график ВАХ стабилитрона. По формулам находим дифференциальное сопротивление стабилитрона и коэффициент стабилизации Результаты занесены в таблицу 2. Таблица 2 - Показание полученные с помощью ВАХ Iст,мА Uст, В Uвх, В Rдиф, Ом Kст -10,04 -7,09 -8,10 -5,06 -7,04 -7,55 10,04 11 -10,04 -7,09 -8,10 Таблица 3 - Справочные характеристики стабилитрона КС168А U ст.нап, B U ст max, B, % U ст min, B, % I ст min,мА I ст max,мА I ст,мА Rст max, Ом 6,8 7,5 6,1 3 45 10 7 Рисунок 4 – Полученный график ВАХ стабилитрона Вывод: при измерении тока в широком диапазоне (рисунок 4), напряжение не изменяется, то есть стабилитрон стабилизирует напряжение. 3.4 Исследование работы однополупериодного полупроводникового выпрямителя. Используя ВАХ, определяем значения амперметра и вольтметра и рассчитываем дифференциальное и статическое сопротивление стабилитрона. По формуле находим средневыпрямленное значение напряжения на выходе выпрямителя. Результаты занесены в таблицу 4. Таблица 4 – Показание полученные с помощью ВАХ Uвых,В Uвх,В Uд,В Uср выпр,В min max min max min max 0 1,22 -2 2 -2 0,75 0,388 Рисунок 5 – Осциллограммы сигналов на входе и выходе схемы выпрямителя Вывод: из осциллограммы сигналов (рисунок 5) мы видим, что диод пропускает напряжение только в положительную сторону, следовательно, напряжение имеет положительную полярность. Проанализировав полученные результаты, можно констатировать следующее: При прямом включении напряжение на диоде должно достигнуть определенного порогового значения. Это напряжение, при котором PN-переход в полупроводнике открывается достаточно, чтобы диод начал хорошо проводить ток. До того как напряжение между анодом и катодом достигнет этого значения, диод является очень плохим проводником. Основным принципом работы стабилитрон является то, что он работает на обратной ветви Вольт-амперной характеристики (рисунок 4). Как хорошо видно из нее основными характеристиками стабилитрона является Uст - напряжение стабилизации и Iст (ток стабилизации). На рисунке 5 во время положительной полуволны напряжения на выходной обмотке трансформатора диод VD открывается и по цепи из последовательно соединенных обмотки трансформатора, диода, и нагрузки протекает ток, во вторую половину периода точка имеет отрицательный потенциал, следовательно, диод закрывается и ток в цепи отсутствует. studfiles.net13. Теоретическая вольт-амперная характеристика p-n- перехода. Вольт амперная характеристика диода выпрямительного
13. Теоретическая вольт-амперная характеристика p-n- перехода
15. Выпрямительный диод: назначение ,вах, основные параметры, уго
5.1 Вольт-амперная характеристика диода
5.2 Влияние температуры на вах диода
5.3 Основные типы диодов
5.3.1 Выпрямительные диоды
Выпрямительный диод - виды, принцип работы и применение
Принцип действия
Использование сборки
Принципиальная схема диодного мостаФизико-технические параметры
Выбор выпрямительных диодов
Диод Шоттки
Диод-стабилитрон
Практическое использование выпрямительного диода
Основные параметры выпрямительных диодов
Вопрос 15
1 .Проводники, изоляторы, полупроводники. Их зонные энергетические диаграммы.
7. Полупроводниковые диоды. Выпрямительные диоды. Основные характеристики.
8.Диоды. Выпрямительные диоды. Устройство, вах. Применение.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ
Теоретическая часть
Практическая часть
Лаб №1
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: