Исследование силовых полупроводниковых диодов

 

Цель работы – изучение свойств силовых полупроводниковых диодов и условий их работы при групповом соединении в схемах преобразователей.

Выпрямительные диоды представляют собой полупроводниковые приборы с одним электронно-дырочным переходом (p–n-переходом одним из свойств p–n-перехода является способность изменять свое сопротивление в зависимости от полярности напряжения внешнего источника. Причем разница сопротивлений при прямом и обратном направлениях тока через p–n-переход может быть настолько велика, что в ряде случаев, например для силовых диодов, можно считать, что ток протекает через диод только в одном направлении – прямом, а в обратном направлении ток настолько мал, что им можно пренебречь. Прямое направление – это когда электрическое поле внешнего источника направлено навстречу электрическому полю p–n-перехода, а обратное – когда направления этих электрических полей совпадают.

Полупроводниковые диоды, использующие вентильное свойство p–n-перехода, называются выпрямительными диодами и широко используются в различных устройствах для выпрямления переменного тока.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) идеализированного p–n перехода описывается известным уравнением:

 

, (3.1)

 

где – обратный ток p–n-перехода; q – заряд электрона (q =1, 6 ⋅ Кл); k – постоянная Больцмана (k =1, 38⋅ Дж/К); T – температура в градусах Кельвина.

Графическое изображение этой зависимости представлено на рисунке 3.1

Вольт-амперная характеристика имеет явно выраженную нелинейность, что предопределяет зависимость сопротивления диода от положения рабочей точки.

Различают сопротивление статическое R_ст и динамическое R_дин. Статическое сопротивление R_ст, например в точке А (рисунке 3.1), определяется как отношение напряжения U_A и тока I_A , соответствующих этой точке: R_ст = = tgα .

Динамическое сопротивление определяется как отношение приращений напряжения и тока (рисунке 3.2): R_дин = .

Рисунок 3.2 Динамическое сопротивление диода

 

При малых значениях отклонений Δ U и Δ I можно пренебречь нелинейностью участка АВ характеристики и считать его гипотенузой прямоугольного треугольника АВС, тогда R_дин = tgβ .

Если продолжить линейный участок прямой ветви вольт-амперной характеристики до пересечения с осью абсцисс, то получим точку U₀ – напряжение отсечки, которое отделяет начальный пологий участок характеристики, где динамическое сопротивление R_дин сравнительно велико от круто изменяющегося участка, где R_дин мало.

При протекании через диод прямого тока полупроводниковая структура нагревается, и если температура превысит при этом предельно допустимое значение, то произойдет разрушение кристаллической решетки полупроводника и диод выйдет из строя. Поэтому величина прямого тока диода ограничивается предельно допустимым значением I_пр.max при заданных условиях охлаждения.

Если увеличивать напряжение, приложенное в обратном направлении к диоду, то сначала обратный ток будет изменяться незначительно, а затем при определенной величине U_проб начнется его быстрое увеличение (рисунок 3.3), что говорит о наступлении пробоя p–n-перехода.

Существуют несколько видов пробоя p–n-перехода в зависимости от концентрации примесей в полупроводнике, от ширины p–n-перехода и температуры:

обратимый (электрический пробой);

необратимые (тепловой и поверхностный пробои).

Необратимый пробой для полупроводникового прибора является нерабочим и недопустимым режимом.

Рисунок 3.3 Пробой p–n-перехода

 

Поэтому в паспортных данных диода всегда указывается предельно допустимое обратное напряжение U_проб (напряжение лавинообразования), соответствующее началу пробоя p–n-перехода. Обратное номинальное значение напряжения составляет обычно 0, 5U_проб и определяет класс прибора по напряжению. Так, класс 1 соответствует 100 В обратного напряжения, класс 2 – 200 В и т. д.

 

3.3 Оборудование, используемое в лабораторной работе:

 

- испытуемые диоды VD1 – VD4 (В 50);

- мультиметр;

- соединительные провода;

- ЛАТР (лабораторный автотрансформатор);

- вольтметр Ш4313

-амперметр (15 mA);

- волльметр (15 В).

Основные технические параметры В 50-10:

- диод кремниевый диффузионный.

- предназначен для работы в цепях статических преобразователей электроэнергии постоянного и переменного токов на частотах до 2 кГц.

- выпускаются в металлостеклянном корпусе с гибким выводом.

- средний прямой ток - 50 А

- повторяющееся импульсное обратное напряжение - 1000 В

- охлаждение воздушное естественное или принудительное.

- обозначение типономинала и полярность выводов приводятся на корпусе.

Масса диода не более 190 г.

Технические условия: ТУ 16-529.765-73.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. III Криминалистическое исследование материалов, веществ, изделий из них и следов их применения.
2. Quest15Исследование материалов документов
3. V Криминалистическое исследование видео- и фонограмм, средств видео- и звукозаписи и информации, зафиксированной с их помощью.
4. АНАМНЕЗ И ОБЪЕКТИВНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
5. Бактериологическое исследование кала на патогенную кишечную флору
6. Биохимическое исследование крови
7. Было проведено исследование, чтобы выяснить зависит ли развитие заболевания от сферы деятельности человека.
8. Внутреннее исследование трупа
9. Выбор мощности силовых трансформаторов
10. Выборочное исследование в криминологии
11. Гидробиологическое исследование
12. Глава 1. Исследование деятельности туристского предприятия