Основные теоретические положения и описание принципиальных схем

Полупроводниковый диодпредставляет собой полупро­водниковый кристалл с двумя слоями проводимости, за­ключенный в корпус и снабженный двумя выводами для присоединения во внешнюю цепь. В основе структуры дио­да лежит электронно-дырочный (p-n) переход – область полупроводника, расположенная вблизи ме­таллургической границы между p- и n-слоями. Вывод от p-слоя называется анодом, а от n-слоя – катодом.

Электронно-дырочный переход имеет несимметричную вольт-амперную характеристику (ВАХ). При малом прямом напряжении U_пр (плюс на аноде, минус на катоде) протекает большой прямой ток, при больших обратных напряжениях U_обр (плюс на катоде, минус на аноде) – малый тепловой ток. ВАХ полупроводникового диода близка к характеристике идеаль­ного вентиля, у которого имеют место нулевое падение на­пряжения при протекании прямого тока и нулевой ток при приложении обратного напряжения.

Выпрямительные диоды подразделяются на германие­вые и кремниевые; последние более распространены, так как имеют более высокую предельную температуру (120°С против 55°С), обладают меньшими обратными токами и большими допустимыми обратными напряжениями. Од­нако кремниевые диоды имеют большее прямое падение напряжения (порядка 0, 7…1, 0 В против 0, 3…0, 5 В у германиевых). Это отличие параметров кремниевых диодов обусловлено большей шириной запрещенной зоны у кремния.

На рис. 1 показана прямая ветвь, а на рис. 2 – обратная ветвь ВАХ диода.

Рис.1. Прямая ветвь вольт-амперной характеристики кремниевого диода

Рис.2. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики полупроводникового диода

На обратной ветви ВАХ наблюдается участок электрического про­боя: резкое увеличение тока при мало изменяющемся напряжении. Для выпрямитель­ных диодов характерен лавинный пробой, заключающийся в том, что под действием сильного электрического поля неосновные носители заряда, попавшие в переход, за время пробега между столкновениями с узлами кристаллической решетки приобретают энергию, достаточную для ударной ионизации атомов. При этом образуются пары сво­бодных носителей заряда. В свою очередь, эти носители, ускоряясь в поле, также могут произвести ионизацию. Процесс лавинного пробоя напоминает образование горной лавины. В результате ток через переход резко нарас­тает. При снятии напряжения U_обр ток через прибор прекращается и диод пригоден к дальнейшему использова­нию, т. е. лавинный пробой является обратимым.

Рис.3. Схема двухполупериодного выпрямителя

Для питания электронных, измерительных и вычислительных устройств требуются источники постоянного тока мощностью от единиц до сотен ватт, которые обычно получают энергию от однофазной цепи переменного тока. Как правило, из первичного напряжения сети U₁ с помощью трансформатора вырабатывают вторичное напряжения U₂ требуемой величины, которое затем выпрямляют полупроводниковыми диодами. На рис. 3 приведена схема для исследования выпрямителя с активной нагрузкой и простым емкостным фильтром. Источником переменного напряжения для выпрямителя является трансформатор T, вторичная обмотка которого имеет вывод от средней точки. Миллиамперметр в цепи тока нагрузки измеряет средневыпрямленное значение тока. Двухлучевой осциллограф позволяет наблюдать диаграммы входного переменного напряжения и выпрямленного выходного напряжения на нагрузке.

Рис. 4. Диаграммы напряжений в однополупериодном выпрямителе

Если включен только один из диодов VD1 или VD2, то выпрямленный ток протекает только в одном полупериоде переменного напряжения; при использовании обоих диодов ток в нагрузку поступает в течение обоих полупериодов. При этом улучшается качество выпрямленного напряжения (уменьшаются его пульсации) и вдвое снижается средний ток через каждый диод.

Пиковое значение напряжения U_max на конденсаторе С_ф меньше амплитуды U_2m переменного напряжения на вторичной полуобмотке трансформатора Т на величину падения напряжения на диоде VD1 (или VD2) и сопротивлении R1 (R2). Эта разность составляет около 2 В (см. рис. 4).

После запирания диода происходит разряд конденсатора С_ф током нагрузки I_н. За время разряда t_разр выходное напряжение снижается на величину

Таким образом, амплитуда пульсаций составляет U_п.m = Δ U / 2, а среднее значение напряжения на выходе выпрямителя равно U_вых = U_max – Δ U / 2. Действующее значение напряжения пульсаций, которое показывает вольтметр переменного тока V3, в раз меньше амплитуды пульсаций, т.е. U_п = U_п.m / .

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ВНЕШНЕЙ ПОЛИТИКИ
2. I. Основные параметры цунами
3. I. Основные теоретические сведения
4. I. Основные этапы становления и развития физической культуры в России и зарубежных странах
5. I. ПОЛОЖЕНИЯ И НОРМЫ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВА, В ОБЛАСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ПРОПАГАНДЫ И ОБУЧЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ МЕРАМ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
6. I. Рабочее тело и параметры его состояния. Основные законы идеального газа.
7. II. Описание экспериментальной установки.
8. II. Основные положения по организации практики
9. II. Основные цели и задачи Совета
10. III. Краткие теоретические сведения
11. III. Описание мнении (doxography)
12. III. Основные функции и полномочия Управления