Лабораторная работа №1 Исследование диодов

Цель работы

Изучение характеристик и параметров выпрямительных диодов и диодов Шоттки. Ознакомление с применением выпрямительных диодов в неуправляемых выпрямителях.

Описание лабораторной установки

При выполнении работы используются следующие модули: «Диоды», «Мультиметры», «Миллиамперметры», а также двухканальный осциллограф.

Лицевая панель модуля «Диоды» представлена на рис. 1. На ней приведена мнемосхема и установлены коммутирующие и регулирующие элементы. На мнемосхеме изображены: выпрямительный диод VD1, диод Шоттки VD2, светодиод VD3, стабилитрон VD4, потенциометр RP1 для изменения подаваемого напряжения, резистор R_н = 150 Ом, и балластный резистор R_б = 1,1 кОм. Резистор R_н используется в качестве ограничивающего ток при снятии характеристик и в качестве сопротивления нагрузки при исследовании выпрямителя. Переключатель SA1 предназначен для включения переменного или

Рис. 1. Модуль «Диоды»

постоянного напряжения (положительного или отрицательного), а также выключения питания модуля. Шунт R_ш=10 Ом. служит для осциллографирования сигнала, пропорционального току через диод. На передней панели размещены также гнезда для осуществления внешних соединений (X1 - XI5). Питание модуля осуществляется от источников сетевого переменного 220В и постоянного напряжения ±15 В.

Задание и методические указания

1. Предварительное домашнее задание:

а) изучить тему курса «Полупроводниковые диоды» и содержание данной работы, быть готовым ответить на все контрольные вопросы;

Основные теоретические положения

Полупроводниковый диод содержит один p-n-переход и имеет два вы­вода отpиn-областей. (А-К соответственно). Выпрямительные диоды, в которых используется основное свойствоp-n-перехода - его односторонняя проводимость, применяют главным образом для выпрямления переменного тока в диапазоне частот от 50 Гц до 100 кГц.

Осо­бенности работы диода в электрической схеме определяются свойствами его вольт- амперной характеристики (ВАХ), вид которой показан на рис. 2.

Анализ типовых ВАХ кремниевого выпрямительного диода (ВД) и диода Шоттки (ДШ) (рис.2) позволяет сделать следующие выводы:

- прямое падение напряжения U_ПР на ДШ меньше в 2,5-3 раза, чем на кремниевом при одном и том же прямом токе, а следовательно ДШ обладает лучшей экономичностью ;

- напряжение включения U₀₁ диода Шоттки близко к 0, а у кремниевого

U_{0 2} = (0,30,4) В , поэтому они не способны выпрямлять слабые сигналы;

- обратный ток I_О кремниевого диода меньше обратного тока ДШ при одинаковых обратных напряжениях;

- частотные свойства ДШ примерно на порядок выше чем у кремневых ВД.

Рис.2. Типовые ВАХ выпрямительного диода (ВД) и диода Шоттки (ДШ)

Основными параметрами выпрямительных диодов являются:

- прямой номинальный ток I_Н - это ток, который длительно может протекать через отпертый диод и не перегревать его;

- прямое постоянное напряжение U_ПР - это падение напряжения на открытом диоде при протекании через него прямого тока I_Н;

- напряжение включения U₀ - это малое прямое напряжение, при котором начинает отпираться диод, т.е. появляется прямой ток;

- максимально допустимое обратное напряжение U_{ОБР.MAX.ДОП} - это напряжение, которое еще не вызывает пробоя запертого диода, превышать это напряжение не допустимо;

- постоянный обратный ток I_О - это тепловой ток запертого диода при U_{ОБР.MAX.ДОП};

- дифференциальные сопротивления отпертого R_ОТП и запертого R_ЗАП диода, которые легко определяются по ВАХ на соответствующих рабочих участках:

- максимально допустимая мощность рассеиваемая на диоде P_MAX.ДОП - это мощность, которая не вызывает чрезмерного разогрева диода, а следовательно и теплового пробоя.

Превышение U_{ОБР.MAX.ДОП} переводит диод в режим электрического пробоя. Различают электрический лавинный и тепловой пробои p-n-перехода. Электрический пробой может быть лавинным и туннельным и не сопровождаться разрушением p-n-перехода. Тепловой пробой, как правило, приводит к разрушению p-n-перехода и выводу диода из строя.

б) начертить схему для снятия ВАХ выпрямительного диода и диода Шоттки на постоянном токе и таблицу для экспериментальных данных; в) начертить схему для снятия ВАХ выпрямительного диода на переменном токе и таблицу для экспериментальных данных;

г) построить в масштабе временные диаграммы: переменного напряжения и; выпрямленного напряжения и_н; анодного тока i_a и напряжения на вентиле и_а. Амплитудное значение U_m переменного напряжения взять из таблицы вариантов. Вентиль считать идеальным.