Исследование прямой и обратной ветвей вольтамперных

характеристик  полупроводниковых  выпрямительных

диодов

Цель работы:

Полупроводниковый диод содержит один p-n-переход и имеет два вывода: вывод А (анод) от р-области и К (катод) от n-области. Наиболее распространены и обширны две группы германиевых и кремниевых диодов – выпрямительные и импульсные, называемые в некоторых справочниках универсальными.

Выпрямительные диоды, в которых используется основное свойство p-n-перехода – его односторонняя электропроводность, применяют главным образом для выпрямления переменного тока в диапазоне частот от 50 Гц до 100 кГц. Импульсные диоды применяют в схемах электронных устройств, работающих в импульсных режимах.

Задание 1

Таблица 1 - Перечень приборов, использованных в экспериментах, с их краткими характеристиками.

Наименование      Параметр

ЭДС  Е1 = 2 В; Е2 = 108 В

Нагрузка     R1 = 2 Ом;  R2 = 20 Ом

Амперметр DC    R = 1e-009 Ом

Вольтметр DC     R = 10 МОм

Виртуальный диод        Uпр.max=-108В; Iо=0,01 мА

Таблица 2 - Значения параметров компонентов схемы

Вариант N  Е2, В Uобр, В      Iобр,

мкА   Е1, В Uпр, В        Iпр, мА

8        100+8=108 0,1Е2 =10,8          -0,014         0,5     0,5     0,00343

                    0,2Е2 =21,6          -0,027         0,75   0,734 8,12

                    0,3Е2 = 32,4         -0,027         1        0,915 43

          R2 = R1 = 20 Oм  -0,027         1,75   0,911 42

                    -0,027         2        0,958 52

* Принять Iпр. ном = Е1/(R1 + Rпр. дин), А, где Е1 = 2 В

Соберем требуемую схему с параметрами диода:

Обратный ток Iо=0,01 мА.

Динамическое сопротивление Rпр. дин.=4Ом.

Напряжение на диоде Uпр=1В.

Напряжение пробоя Uпр.max=-108В.

Смоделируем обратную и прямую ветви ВАХ диода с помощью характериографа ХIV1.

Как видим, пробой диода происходит при Uобр.max≈108 В.

Определим статическое и динамическое сопротивления диода по формулам.

Rпр.ст. = 0,915/0,043 = 21,3 Ом

Rпр.дин. = (0,915-0,734)/(0,043-0,008) = 5,2 Ом

Rобр.ст. = 32,4/0,027*10-6 = 1200 Мом

Rобр.дин. = (21,6-10,8)/(0,027-0,014)* 10-6 = 830 Мом

Рассчитаем и установим параметры схемы.

Е1 = Е2 = 2Uст.ном = 16,4 В                                                                (1)

Uст.ном  ≈ 1,001*Uст.min = 8,21 В                                                         (2)

Rb  ≈  Uст.ном/Iст.ном = 16,4/0,093 = 176 Ом                                        (3)

Iст.ном ≈ 3Iст.min = 93 мА                                                                      (4)

Rn = 2 кОм

Определим изменение напряжения на нагрузке (в процентах) по формуле:

                                                  (5)

где Uст.ном = (Uст2 + Uст1)/2;

ΔU = ((8,21-8,20)/16,41)*100 = 0,06% 

Определим динамическое сопротивление стабилитрона:

                                                (6)

Rст.дин = 0,01/0,009 = 1,1 Ом

Выводы

Процесс выпрямления переменного тока выпрямительным полупроводниковым диодом основан на том, что его обратное сопротивление выше прямого в 1200*103/21,3 = 56*103 раз.

Однако применение выпрямительных диодов ограничивается  величиной Uобр.max максимального обратного напряжения, превышение которого грозит пробоем диода.

Стабилитрон имеет на своей вольт-амперной характеристике зону, в которой при значительных изменениях тока напряжение на нем изменяется ничтожно (ΔU = 0,06%). На этом свойстве стабилитрона основан процесс стабилизации напряжения.

Тиристоры имеют управляющий электрод и применяются, в основном, в схемах переключения.

Список использованных источников

1. Марченко А. Л., Освальд С. В. Лабораторный практикум по электротехнике и электронике в среде Multisim. Учебное пособие для вузов. – М.: ДМК Пресс, 2010. – 448 с.: ил.

2. Multisim. Руководство пользователя. // пер. с англ. - National

Instruments Corporation, 2007. – 491 с.

   * Среда NI Multisim 11.0.2.