1.3 Контрольные вопросы и задания

1. Чем отличаются ВАХ p-n перехода и реального диода?

2. Какие виды пробоя p-n перехода существуют и в чем их отличие?

3. Определите величину тока через p-n переход при 20°С, если напряжение на переходе 0.6 В, а обратный ток 1мка.

4. Опишите особенности диодов Шоттки.

5. Назовите основные параметры полупроводниковых диодов.

6. Какая отличительная особенность импульсных диодов?

7. Благодаря чему у выпрямительных диодов большие значения максимально допустимого прямого тока ?

8. Опишите принцип действия стабилитрона.

9. Назовите основные параметры стабилитронов.

1.4 Примеры аудиторных задач

Задача 1. Пользуясь ВАХ полупроводникового диода (рис.1.2), определите его статическое сопротивление R_СТ при включении в прямом и обратном направлениях, если к диоду приложенные следующие напряжения: U_пр = 0.6В, U_обр = 40В при температуре окружающей среды t = 25°С.

Рисунок 1.2 – ВАХ полупроводникового диода

Решение. По ВАХ находим, что при U_пр = 0,5 В прямой ток диода I_пр = 6 мА и при U_обр = 40 В обратный ток диода I_обр = 2 мкА. Итак, R_пр = U_пр/I_пр = 0,5/6∙ 10^-3 = 83 Ом; R_обр = U_обр / I_обр = 40/2∙ 10^-6 = 20 МОм.

Задача 2. Определите дифференциальное сопротивление диода, ВАХ которого приведена на рис.1.2 для U_пр = 0,4 В , U_пр = 0,5 В при t = 25°С.

Решение. r_Д = δU/δI. На ВАХ возьмем небольшие увеличения напряжения в районе точек, которые отвечают заданным напряжениям U_пр и определим соответствующие им увеличения тока:

при U_пр = 0,4 В δU = 0,05 В, δI = 1 мА и r_Д = δU/δI =0,05В/1мА = 50 Ом;

при U_пр = 0,5 В δU = 0,05 В, δI = 1,5 мА и r_Д = δU/δI = 0,05/1,5мА= 33 Ом.

Задача 3. Чему равно выходное напряжение в схеме на рис.1.3, если диод идеальный, а U_вх = 20 В?.

Рисунок 1.3 – Схема к задаче 3

Решение. В связи с тем, что на диод подано обратное напряжение, а обратный ток идеального диода равняется нулю, то все напряжение источника питания U_вхпадает на диоде, то есть U_вых = 20 В.

Задача 4. Определите выходное напряжение в схеме на рис.1.4, если при температуре Т=300 К в схеме используется кремниевый диод, который имеет обратный ток I₀ = 20 мкА, а U_вх = 30 В.

Рисунок 1.4 – Схема к задаче 4

Решение. Поскольку диод включен в прямом направлении, то его сопротивление будет маленьким и ток в цепи будет определяться в основном сопротивлением резистора R_н = 50 кОм, то есть I = U_вх/R_н = 30/(50·10³) = 0,6 мА. Выходное напряжение можно определить из уравнения тока полупроводникового диода (1.1), решив его относительно U.

Задача 5. Определите, на какой частоте емкостное сопротивление диода равняется R_обр, вследствие чего произойдет заметное увеличение обратного тока. Параметры диода: R_пр = 5 Ом, R_обр = 2 МОм, C = 10 пф.

Решение. Емкостное сопротивление диода x_с = 1/(2πfС). Из условия x_с = R_обр находим

f = 1/(2πCR_звор) = 1/(2π1010^-12210⁶)= 7961 Гц.

Задача 6. В схеме на рис.1.5 применен стабилитрон с следующими параметрами: U_ст = 10 В, I_{ст max} = 13 мА, I_{ст min} = 3 мА, сопротивление нагрузки R_н = 2кОм, сопротивление ограничительного резистора R = 1 кОм. Необходимо определить допустимый диапазон изменения входного напряжения (U_{вх min} < U_вх < U_{вх max}).

Рисунок 1.5 – Схема к задаче 6

Решение. Для данной схемы справедливо: U_вх = U_ст + R(I_ст + I_н). Так как I_н = U_ст / R_н, то U_вх = U_ст (1+R/R_н) +R І_ст. После подстановки значений минимального и максимального токов стабилитрона получаем: U_{вх max} = 28 В, U_{вх min} = 18 В.

Задача 7. На вход схемы (рис.1.6) подается синусоидальное напряжение амплитудой U_вх = 10В. Сопротивление открытого диода R_пр = 100 Ом, закрытого R_обр = 400 кОм, R_н = 1кОм. Определите амплитуду напряжения на выходе во время действия положительной и отрицательной полуволн входного напряжения.

Рисунок 1.6 – Схема к задаче 7

Решение. Для положительной полуволны входного напряжения диод открыт, и практически все входное напряжение выделяется на сопротивлении нагрузки R_н:

.

Для отрицательной полуволны входного напряжения диод закрывается и напряжение на выходе составит:

Задача 8. На вход схемы (рис.1.6) подается напряжение, форма которого показана на рис.1.7а. Постройте диаграмму выходного напряжения. Диод считать идеальным.

а) б)

Рисунок 1.7 – Диаграммы входного и выходного напряжений

Решение. С учетом того, что на интервале [t₁; t₂] на диод подается обратное напряжение, диод будет закрыт и потому на этом участке U_вых = 0 В. Форма выходного напряжения показана на рис.1.7б.