Контрольные вопросы

1. Нарисуйте схему интегрирующей R-C цепи и поясните принцип ее работы.

2. Поясните смысл постоянной времени интегрирующей R-C цепи и запишите условие корректной работы этой цепи при воздействии на нее прямоугольного импульса и синусоидального напряжения.

3. При каких условиях интегрирующая R-C цепь используется в качестве фильтра нижних частот?

4. Нарисуйте схему дифференцирующей C-R и поясните принцип ее работы.

5. Поясните физический смысл постоянной времени дифференцирующей C-R цепи и запишите условие ее работы при воздействии прямоугольного импульса и синусоидального напряжения.

6. При каких условиях C-R ДЦ используется в качестве фильтра верхних частот?

7. Имеются только емкостные и индуктивные элементы. Можно ли из них построить фильтры, а также дифференцирующие и интегрирующие цепи?

8. Какие вы знаете интегрирующие цепи, кроме R-C цепи?

9. Какие вы знаете дифференцирующие цепи, кроме C-R цепи?

10. Почему ИЦ в импульсной технике называется «расширяющей», а ДЦ – «укорачивающей»?

Лабораторная работа № 2 исследование вольт-амперных характеристик полупроводниковых диодов и простейших выпрямительных схем на их основе

Цель работы: приобретение практических навыков в снятии характеристик полупроводниковых диодов и выпрямительных схем на их основе.

1. Теоретические сведения

1.1. Вольт-амперная характеристика

Полупроводниковым диодом называют прибор, состоящий из одного р-n-перехода. Переходный слой между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электропроводность p-типа, а другая – n-типа, называется р-n-переходом. Так как кон­центрация электронов в n-области больше, чем в р-области, электроны диффундируют из n-области в р-область. Аналогичным образом дырки диффундируют из р-области в n-область. По мере диффузии пограничный слой р-области обедняется дырками и в нем возникает отрицательный объемный заряд за счет иони­зированных атомов акцепторной примеси. Пограничный слой n-области обедняется электронами, и в нем возникает положи­тельный объемный заряд за счет ионизированных атомов доно­ров. Область р-n-перехода, имеющая пониженную концентрацию основных носителей, называется запирающим слоем. За счет по­ложительного объемного заряда в пограничном слое n-области электрический потенциал этой области становится выше, чем по­тенциал р-области.

Между п- и р-областями возникает разность потенциалов, ко­торая называется контактной. Поскольку электрическое поле р-n-перехода препятствует диффузии основных носителей в со­седнюю область, то считают, что между р- и n-областями уста­новился потенциальный барьер.

При прямом включении р-n-перехода, когда «+» источника питания подается на область р, а «» – на область п, потенци­альный барьер уменьшается. Вследствие этого диффузия основных носителей через р-n-переход значительно облегчается и во внешней цепи возникает ток. При обратном включении р-n-перехода, когда «+» источника подается на область п, а «» – на область р, потенциальный барьер возрастает. В этом случае переход основных носителей из одной области в другую затрудняется и уменьшается ток во внешней цепи. Зависимость тока, протекающего через р-n-переход, от приложенного к нему напряжения называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Вольт-амперная характеристика р-n-перехода (полупроводникового диода) представлена на рис. 1.

Рис. 1. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода

К основным параметрам полупроводникового диода относятся:

• дифференциальное сопротивление

;

• статическое сопротивление (сопротивление постоянному току)

.

Эти параметры можно определить на вольт-амперной характеристике диода (рис. 1) следующим образом:

,

,

где Uм и Iм – максимальные значения напряжения и тока.

Выражение ВАХ полупроводникового диода определяется плотностями носителей тока в р-п-переходе и записывается для комнатных условий в удобной для инженерных расчетов форме [14, 15]:

U (I) = Iо[(exp 38,6U) – 1], (1)

где Iо – обратный ток насыщения, обусловленный неосновными носителями тока.

Прямая ветвь ВАХ (рис. 1) определяет основное свойство р-п-перехода в диоде – его одностороннюю электропроводность, т. е. его выпрямительные свойства, что широко используется в выпрямителях переменного напряжения в постоянное разнообразной силовой и радиоэлектронной аппаратуры.

Выпрямитель – это устройство, предназначенное для преобразо­вания переменного напряжения в постоянное, основную функцию в котором выполняют выпрямительные диоды. Простейшие схемы выпрямителей, применяемых в устройствах ИИТ и электроники, рассмотрены в [16].