close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Условия участия;doc

код для вставкиСкачать
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Томский государственный архитектурно-строительный университет»
(ТГАСУ)
ВОЛЬТАМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ P-N ПЕРЕХОДА.
Методические указания
к лабораторной работе по электронике
Составитель: Н.Н. Муравлева
Томск 2014
Исследование полупроводниковых диодов: методические указания к самостоятельной виртуальной практической работе /Сост. Н.Н. Муравлева –
Томск: Изд-во Том. Гос. архит.-строит. ун-та, 2014. – 13 с.
Рецензент
Редактор Е.Ю. Глотова
Методические указания по дисциплине «Электротехника и основы электроники» для самостоятельной работы студентов очного и заочного обучения по
направлениям:
Печатается по решению методического совета (семинара) кафедры общей
электротехники и автоматики № ____ от __________
Утверждены и введены в действие проректором по учебной работе
В.В.Дзюбо
с 01.01.15
до 01.09.20
Подписано а печать
Формат 60х90/16. Бумага офсет. Гарнитура Таймс.
Уч.- изд. л 1. Тираж 300 экз.
Изд-во ТГАСУ, 634003, г.Томск, пл. Соляная, 2.
Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ.
634003, г.Томск, ул. Партизанская, 15
1 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО ДИОДА
1.1.
Цели и задачи
Цель: построить вольтамперную характеристику диода в
прямом и обратном направлениях.
Задачи:
 изучить теоретический материал по темам «Нелинейные
электрические цепи» и «Полупроводниковые приборы»;
 исследовать диод при прямой и обратной полярности;
 построить ВАХ диода.
1.2. Краткие теоретические сведения
Полупроводниковые выпрямительные диоды
Полупроводниковые диоды (условное обозначение диода рис.1.1) относятся к неуправляемым нелинейным резисторам. Диоды обладают несимметричной ВАХ и соответственно односторонней проводимостью.
Рисунок 1.1  Графическое изображение диода
Принцип действия полупроводникового диода основан на
использовании свойств р-п (электронно-дырочного) перехода, возникающего в полупроводниковой пластине между двумя слоями с
различными типами электрической проводимости.
Выпрямительным диодом называют полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный в силовых цепях , то есть в источниках питания. Выпрямительные диоды всегда плоскостные и производятся либо германиевыми, либо кремневыми.
Вольтамперная характеристика реального диода (рис. 1.2)
несимметричная.
Рисунок 2.1  ВАХ диода
Прямая ветвь ВАХ характеризуется малыми значениями
прямого напряжения на р-п переходе, а обратная − малыми значениями тока называемого обратным.
После точки Uпр ВАХ представляет собой прямую линию, так
как потенциальный барьер полностью компенсируется внешним
полем. Кривая тока ВАХ имеет наклон, так как за счет возрастания
обратного напряжения увеличивается генерация собственных носителей заряда.
Для описания важных свойств нелинейного элемента на рабочем участке вводят статические и динамические параметры:
 статическое сопротивление диода
U mu  


tg   
I
m i  2 диода

динамическое сопротивление
Ro 

Rд 
U mu   

tg  
I mi  2 
Рисунок 1.3  ВАХ диода, нахождение статического и динамического
сопротивлений диода
Основные параметры диодов:
 прямое напряжение (напряжение на выводах диода, обусловленное прямым током);
 обратный ток (ток через диод при приложении обратного
напряжения);
 время обратного восстановления (параметр, характеризующий время восстановления блокирующих свойств диода);
 рабочий диапазон температур;
 максимальная частота, на которой еще не происходит
ухудшение основных параметров;
 максимальная емкость диода;
 коэффициент выпрямления
k выпр 
I пр
I обр

R обр
R пр
1.3. Исследование диода при прямом и обратном включении
Для исследования можно использовать моделирующие программы или лабораторное оборудование.
1.3.1. Исследование полупроводникового диода с помощью лабораторного оборудования ООО «Учебная техника»
г. Челябинск
Порядок работы
a. На планшете для моделирования электрических полей собрать схему «Прямая полярность» (рис. 1.4), для этого установить
миниблоки в гнезда панели (рис. 1.5).
Рисунок 1.4  Электрическая схема «прямая полярность»
Рисунок 1.5  Электрическая схема «обратная полярность»
b. на вход при помощи двух источников блока генератора
постоянных напряжений (регулируемого и нерегулируемого),
включенных последовательно (рис. 9), подать напряжение на потенциометр.
c. Настроить один мультиметр для измерения постоянных
напряжений на входе и диоде, для чего необходимо выбрать измеряемую величину =U, и выбрать диапазон - 20 В.
d. Настроить другой мультиметр для измерения постоянного
тока , для чего необходимо выбрать измеряемую величину -=I и
диапазон измерений 200 мА.
e. Меняя напряжение на входе («грубое» регулирование при
помощи потенциометра, «точное» – при помощи регулируемого
источника), установите напряжение на диоде в соответствии с данными табл.3, измерьте ток и запишите данные в таблицу 1.
Таблица 1.1
Uпр
Iпр
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,65
0,7
0,75
f. Измените полярность диода и повторите эксперимент, меняя обратное напряжение, измерьте ток, полученные данные запишите в табл. 2.
Таблица 1.2
Uобр
Iобр
-30
-25
-20
-15
-10
-5
-2,5
0
g. По данным табл. 1.1 и 1.2 постройте ВАХ. По ВАХ диода
определите сопротивления: статическое при I=0.015A, и динамическое при I=0.015…0,02 A.
1.3.2. Исследование полупроводникового диода с помощью прикладной программы EWB PRO
Для моделирования процессов в электрических системах
можно использовать различные прикладные программы, позволя-
ющие проводить диагностирование цепей при помощи виртуальных приборов. Подобные программы позволяют определять основные параметры цепи с точностью до 0,001%.
Прикладные специализированные программы содержат
набор блоков для имитационного и структурного моделирования.
В состав библиотеки входят активные (источники) и пассивные
(приемники) электротехнические элементы. Имитируя работу реальных устройств можно анализировать режимы работы системы.
Порядок работы:
a. Создайте новый файл.
b. Из библиотеки программы выберите элементы электрической цепи: (sources) источник постоянного тока - гальванический
элемент (battery); (diodes) диод (вентиль); (basic)резисторы; а также виртуальные измерительные приборы (indicators): вольтметр и
амперметр постоянного тока.
c. Измените параметры блоков, для этого необходимо
«кликнуть» дважды на элемент и установить: сопротивление неуправляемого резистора 680 ом, управляемого 1 ком, напряжение
источника….);
d. Соедините элементы в соответствии с выбранной схемой
замещения виртуальными проводами,
e. Включите схему (рис. 1.6);
Рисунок 1.6  Прямое включение диода KD512 A. Модель
в среде EWB PRO
 меняя напряжение на входе от 0 до 7,5 В, при помощи виртуальных приборов замеряем ток и заносим данные в табл.1.3.
«прямое включение»
Таблица 1.3  Прямое включение диода
0,1790
0,2400
0,3020
0,0048
0,0920
0,1490
0,75
0,1240
0,7
0,0016
0,65
0,0374
0,6
0,0010
0,5
0,0040
0,0005
0,0003
0,4
0,0004
0,0002
0,0002
0,3
0,0001
0,2
0,0001
0,1
0,0000
0
0,0000
I, A
KD512
I, А
KD102
U, B
 измените полярность диода, повернув его на 180 градусов
(рисунок 1.7), повторите эксперимент, меняя обратное напряжение
от 30 до 0 B.
 Показания виртуальных приборов амперметра и вольтметра занесите в табл.1.4.
Рисунок 1.7  Обратное включение. Модель электрической схемы
в среде EWB PRO
Таблица 1.4  Обратное включение диода
-0,0050
-0,0020
0,0
-0,0010
-0,00020
0,0
0
-0,010
-2,5
-0,0010
-5
-0,0150
-10
-0,0014
-15
-0,0200
-0,0250
-0,0135
-20
-0,0060
-0,0300
-0,0200
-25
I, А
KD102
-30
I, A
KD512
U, B
 по данным табл.1.3 и 1.4 постройте ВАХ диода (вручную
или при помощи прикладных программ, таких как Excel и др.
(рис.1.8)).
Рисунок 1.8  ВАХ диодов
ЛИТЕРАТУРА
1. Гальперин М.В. Электротехника и электроника: учебник для
вузов / М.В. Гаьперин. – М: Форум, 2013. – 479 с.
2. 3 Кузовкин В.А. Электротехника и электроника: учебник для
вузов / В.А. Кузовкин. – М: Юрайт, 2013. – 431 с.
3. 4 Немцов, М.В. Электротехника и электроника: учебник для
вузов / М.В. Немцов. – М.: Высшая школа, 2007. – 560 с.
4. 5 Кацман М.М. Электрические машины. – М.: Высшая школа, 2001. – 464 с.
5. 6 Вольдек А.И. Электрические машины. Машины переменного тока. – Спб.: Питер, 2010. – 350 с.
6. Справочник
по
полупроводниковым
приборам.
http://www.inp.nsk.su/~kozak/start.htm
7 ГОСТ 25529-82 - Диоды полупроводниковые. Термины,
определения и буквенные обозначения параметров;
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа