Исследование полупроводникового диода В 50

Изучить схемы включения полупроводниковых приборов (рисунок 3.4–3.7) для снятия вольт-амперных характеристик ВАХ диода.

Оборудование, используемое в лабораторной работе.

1. Экспериментальное получение прямой ветви ВАХ диода I_пр = f (U_пр), представленной на рисунок 3.4.

1.1. Подключить стенд к сети, поставив сетевой тумблер в положение ВКЛ и нажав кнопку СЕТЬ на блоке питания.

1.2. На одном из источников питания V1 или V2 с помощью ручек установить напряжение 5 В, измерив его мультиметром на пределе измерения 20 В.

1.3. Отключить сетевой тумблер.

1.4. Ручку потенциометра R1 повернуть против часовой стрелки до упора.

1.5. Подать питание на исследуемую схему: «+» – X1, «–» – Х2.

1.6. Подключить согласно схеме, соблюдая указанную полярность мультиметра со следующими пределами измерения: «20 mA» – в режиме амперметра, «2 V» – в режиме вольтметра.

1.7. После проверки схемы преподавателем включить сетевой тумблер.

Рисунок 3.4. Принципиальная схема лабораторной установки для снятия прямой ветви ВАХ диода

1.7. После проверки схемы преподавателем включить сетевой тумблер.

1.8. Поворачивая ручку потенциометра R1 по часовой стрелке, изменять прямое напряжение диода в пределах, указанных в таблтце 3.1, фиксируя значения тока через каждые 0, 1–0, 05 В. Результаты измерений занести в таблицу 3.1.

Таблица 3.1

I, мА				6, 67	9, 4	11, 3
U, B	VD1	0, 48	0, 6	0, 74	0, 88	0, 92
VD2	0, 42	0, 5	0, 56	0, 63	0, 69
VD3	0, 45	0, 55	0, 66	0, 76	0, 84
VD4	0, 43	0, 48	0, 56	0, 6	0, 67

1.9. Выключить сетевой тумблер.

2. Экспериментальное получение обратной ветви ВАХ диода I_обр = f (U_обр ) с использованием схемы А2.

2.1. На обоих источниках питания V1 и V2 выставить максимальные напряжения 15 В, повернув ручки ГРУБО и ПЛАВНО по часовой стрелке до упора. Соединить источники последовательно, установив, таким образом, напряжение блока питания 30 В.

2.2. Подать напряжение питания на исследуемую схему: «+» источника V2 – на клемму X1, «–» источника V1 – на клемму Х2.

2.3. Ручку потенциометра R2 повернуть против часовой стрелки до упора.

2.4. Подключить согласно мнемосхеме, соблюдая указанную полярность мультиметра со следующими пределами измерения: «200 μ A» – в режиме амперметра, «200 V» – в режиме вольтметра.

Рисунок 3.6 Принципиальная схема лабораторной установки для снятия обратной ветви ВАХ диода

2.5. После проверки схемы преподавателем включить стенд в сеть, поставив сетевой тумблер в положение ВКЛ и нажав кнопку СЕТЬ на блоке питания.

2.6. Поворачивая ручку потенциометра R₂ по часовой стрелке, изменять обратное напряжение на диоде в пределах, указанных в таблице 3.2. Значения тока фиксировать через каждые 5 В. Результаты измерений занести в таблицу 3.2

Таблица 3.2

VD1	VD2	VD3	VD4
I, мА	U, B	I, мА	U, B	I, мА	U, B	I, мА	U, B

Рисунок 3.6 ВАХ диодов

2.7. Выключить сетевой тумблер.

3. По данным табл. 3.1 и 3.2 построить ВАХ диода (рисунок 3.6)

3.3 Исследование тиристоров

3.3.1 Характеристики исследуемого тиристора ТЧ100-10

Тиристор быстродействующий штыревого исполнения. Предназначен для работы в статических преобразователях электроэнергии, в силовых установках постоянного и переменного тока, в которых требуется малое время выключения и включения, а также высокие критические скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии и тока в открытом состоянии. Выпускаются в металлокерамическом корпусе с жестким выводом. Максимально допустимый действующий ТОК-100А. Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии И повторяющееся импульсное обратное напряжение - 1000 В. Охлаждение воздушное естественное или принудительное.
Обозначение типономинала приводится на корпусе.

Габаритные размеры:

- общая длина - 100, 8 мм

- длина шпильки - 15 мм

- резьба - М20

3.3.2 Цель и программа работы

Целью работы является изучение свойств тиристоров как полупроводниковых переключательных приборов с двумя устойчивыми состояниями и принципа их применения с схемах управляемых преобразователей.

3.3.3 Рекомендации по подготовке к работе

Тиристор – полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями (низкой проводимости – закрыт, высокой проводимости - открыт), в основу которого положена четырёхслойная монокристаллическая структура (р-n-p-n) с тремя электронно-дырочными переходами. Обычный (триодный) тиристор имеет три электрода: анод, катод и управляющий электрод. Переключение тиристора из закрытого состояние в открытое достигается при приложении прямого напряжения и подаче сигнала по цепи управления. При обратном напряжении тиристор не проводит ток. Таким образом, тиристор представляет собой электронный ключ с односторонней проводимостью. Кроме обычных не запираемых тиристоров имеются запираемые тиристоры.

Выключение не запираемых тиристоров происходит при снижении прямого тока ниже тока управления, равно нулю, и выдержке в таком состоянии не менее времени выключения.

Для выключения запираемого тиристора требуется лишь одно условие - подать по цепи управления в обратном направлении кратковременный импульс тока с амплитудой, примерно равной одной трети выключаемого анодного тока.

В данной работе исследуется обычный не запираемый тиристор, являющийся самым распространённым типом тиристоров в мощных выпрямительных установках подстанций и электроподвижного состава.

Конструктивное исполнение силовых тиристоров аналогично силовым диодам. Проблемой нагрузочной и перегрузочной способностей, охлаждения, разброса характеристик, группового соединения являются аналогичными с диодами, рассмотренными в предыдущей лабораторной работе.

Свойства тиристоров оцениваются по предельным и характеризующим параметрам. Основными параметрами тиристоров являются:

повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии и в обратном направлении (определяет класс тиристора) U_DRM; U_RRM;

максимальный допустимый средний ток в открытом состоянии I_TAV_m;

импульсное напряжение в открытом состоянии U_TM ;

пороговое напряжениеU_TO;

дифференциальное сопротивление в открытом состоянии r_r ;

время выключения t_q ;

время включения t_qt ;

критическая скорость нарастания прямого напряжения ( )crit;

критическая скорость нарастания анодного тока ( )cri;

отпирающее напряжение управления U_GT ;

отпирающий ток управления I_GT;

3.3.4 Исследование вольт-амперных характеристик тиристора

а)

б)

Рисунок 3.7 Электрические схемы для исследования тиристора

Прежде чем приступить к исследованию ВАХ, необходимо правильно подобрать измерительные приборы по их типам и пределам измерений, руководствуясь предельными параметрами тиристора I_TAV, U_RRM, I_RRM, U_TM, U_GM, I_GM. Перед включением тиристора в измерительную схему нужно произвести его ревизию, обратив внимание на обозначение типа и данные заводской маркировки, правильность определения электрических выводов (анод, катод, управляющий электрод).

Исследование ВАХ следует выполнять в два приёма.

Вначале нужно собрать схему рисунок 3.7 а для снятия характеристики цепи управления и прямой ветви ВАХ в открытом состоянии тиристора. В схеме предусмотрены два источника питания: один для питания цепи управления, второй для задания тока нагрузки и анодной цепи тиристора.

Источник анодного напряжения выполнен на основе автотрансформатора (ЛАТР), разделительного трансформатора (Т), ограничительного резистора (R), выпрямительных диодов (VD1, VD2).

Вначале нужно провести измерения по приборам PA2 и PV2 тока I_F₀в пяти- шести точках, задавая напряжение на зажимах цепи управления путём регулирования источника питания при отключённой анодной цепи тиристора. Построив характеристику цепи управления исследуемого тиристора, нужно убедиться, что она проходит через область гарантированного управления.

Далее следует определить отпирающий ток I_GT и отпирающее напряжение U_GT. Для этого, включив источник анодного напряжения и задав невысокое анодное напряжение (10…20 В) при токе I_FG = 0, плавным увеличением напряжения U_FG цепи управления зафиксировать показания приборов PA2 и PV2.

Затем производятся измерения в пяти-шести точках ВАХ тиристора в открытом состоянии, задав ток управления в сообтетствии с областью гарантированного управления. При этом максимальный ток не должен превышать предельного тока I_TAV_m. Через открытый тиристор VS_u в прямом направлении будет протекать анодный ток в положительный полупериоды питающего синусоидального напряжения. Значение тока можно плавно изменять, регулируя входное напряжение с помощью ЛАТР. При этом посредствам приборов PA1 и PV1 измеряется среднее значение прямого тока I_TAV и среднее значение прямого напряжения в открытом состоянии тиристора.

Для построения ВАХ нужно получить импульсные (амплитудные) значения анодного тока и анодного напряжения. Поэтому показания амперметра и вольтметра необходимо пересчитать, умножив их на число π =3, 14.

Далее нужно собрать схему по рисунку 3.7 б для снятия ВАХ в закрытом состоянии тиристора. При отключении цепи управления тиристора с помощью ЛАТР следует знать задать в нарастающем порядке пять-шесть значений анодного напряжения сначала в прямом, а затем в обратном направлении.

По результатам измерений нужно построить обратную и прямую ветви ВАХ тиристора и оценить совпадение измеренных данных напряжений и токов с соответствующими справочными значениями.

Пример заполнения таблиц параметров при прямом направлении в закрытом состоянии таблица 3.3, в прямом направлении открытом состоянии таблица 3.4, обратном направлении в закрытом состоянии таблица 3.5, а так же параметры цепи управления таблица 3.6.

ВАХ исследуемого тиристора приведена на рисунке 3.8.

Таблица 3.3

I, мА	4, 3	5, 1	6, 7	7, 5	8, 5
U, B	0, 6	0, 67	0, 73	0, 78	0, 85

Таблица 3.4

I, мА		6, 3	8, 3	9, 4	10, 5
U, B	25, 6	43, 5	77, 3	95, 5	114, 58

Таблица 3.5

I, мА	4, 2	5, 1	6, 7	7, 5	8, 5
U, B	0, 6	0, 67	0, 73	0, 78	0, 85

Таблица 3.6

i_G, мкА	0, 5		1, 5		2, 5	2, 6
u_G, мВ	0, 96	1, 22	1, 42	1, 62	1, 81	1, 88

Рисунок 3.8 ВАХ исследуемого тиристора

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒