Расчет параметров полупроводниковых диодов

ВВЕДЕНИЕ

Электроника - наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и методах создания электронных приборов и устройств для преобразованияэлектромагнитной энергии, в основном для приёма, передачи, обработки и хранения информации.

Возникновению электроники предшествовало изобретение радио. Поскольку радиопередатчики сразу же нашли применение (в первую очередь на кораблях и в военном деле), для них потребовалась элементная база, созданием и изучением которой и занялась электроника. Элементная база первого поколения была основана на электронных лампах. Соответственно получила развитие вакуумная электроника. Её развитию способствовало также изобретение телевидения и радаров, которые нашли широкое применение во время Второй мировой войны.

Но электронные лампы обладали существенными недостатками. Это прежде всего большие размеры и высокая потребляемая мощность (что было критичным для переносных устройств). Поэтому начала развиваться твердотельная электроника, а в качестве элементной базы стали приманять диоды и транзисторы.

Дальнейшее развитие электроники связано с появленим компьютеров. Компьютеры, основанные на транзисторах, отличались большими размерами и потребляемой мощностью, а также низкой надежностью (из-за большого количества деталей). Для решения этих проблем начали применяться микросборки, а затем и микросхемы. Число элементов микросхем постепенно увеличивалось, стали появляться микропроцессоры. В настоящее время развитию электроники способствует появление сотовой связи, а также различных беспроводных устройств, навигаторов, коммуникаторов, планшетов и т.п.

Основными вехами в развитии электроники можно считать: изобретения А.С. Поповым радио (7 мая 1895 года), и начало использования радиоприёмников, изобретение Ли де Форестом лампового триода, первого усилительного элемента, использование Лосевым полупроводникового элемента для усиления и генерации электрических сигналов, развитие твердотельной электроники, использование проводниковых и полупроводниковых элементов (работы Иоффе, Шотки), изобретение в 1947 году транзистора (Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн), создание интегральной микросхемы и последующее развитие микроэлектроники, основной области современной электроники.

Расчет параметров полупроводниковых диодов

Рассчитать и сравнить Rдиф, Rпр.д для диода ГД107А при Iпр = 16 мА.

диод	IПР1,мА	IПР2,мА	UОБР, В	стабилитрон
ГД107А				Д814Г

Рисунок 1 – Вольт-амперная характеристика прямой ветви диода

Рисунок 2 – Вольт-амперная характеристика обратной ветви диода

Дифференциальное сопротивление находим как котангенс угла наклона касательной, проведенной к прямой ветви ВАХ в точке Iпр = 16 мА (Rдиф ~ ctg Θ_~)

Прямое сопротивление диода находим как отношение постоянного напряжения на диоде Uпр =0,6В к соответствующему постоянному току Iпр =12мА на прямой ветви ВАХ.

Видим, что Rдиф < Rпр.д. Кроме того, отметим, что значения данных параметров зависят от заданного режима. Например, для этого же диода при Iпp =4мА

Рассчитать Rобр.д для диода ГД107 при Uобр = 20 В и сравнить с рассчитанной величиной Rпр.д. На обратной ветви ВАХ ГД107 (рисунок 1) находим: Iобр = 75мкА при Uобр =20В. Следовательно,

Видим, что Rобр >> Rпр.д, что говорит об односторонней проводимости диода.

Стабилитроны и стабисторы предназначены для стабилизации уровня напряжения при изменении протекающего через диод тока. У стабилитронов рабочим является участок электрического пробоя вольт-амперной характеристики в области обратных напряжений.

Принцип работы простейшего полупроводникового стабилизатора напряжения основан на использовании нелинейности вольт-амперной характеристики стабилитронов. Простейший полупроводниковый стабилизатор представляет собой делитель напряжения, состоящий из ограничительного резистора Rогр и кремниевого стабилитрона VD. Нагрузка Rн подключается к стабилитрону, в этом случае напряжение на нагрузке равно напряжению на стабилитроне

U_RН = U_VD = U_СТ

а входное напряжение распределяется между Rогр и VD

U_ВХ = U_RОГР + U_СТ

Ток через Rогр согласно первому закону Кирхгофа равен сумме токов нагрузки и стабилитрона

I_RОГР = I_СТ + I_Н

Величина Rогр выбирается таким образом, чтобы ток через стабилитрон был равен номинальному, т.е. соответствовал середине рабочего участка.

I_СТ.НОМ = (I_СТ.МИН + I_{СТ.МАКС}) / 2=(3мА+29мА)/2=16мА

Дифференциальное сопротивление стабилитрона определяет изменение напряжения стабилизации при заданном изменении тока. Если ток изменяется на всем участке от минимального значения Iст.мин до максимального Iст.макс, то напряжение на стабилитроне изменится на величину:

Дифференциальное сопротивление является важным параметром стабилитрона. Оно определяется на участке лавинного пробоя на обратной ветви стабилитрона. Обычно Rдиф.ст составляет единицы-десятки Ом. Малое значение Rдиф.ст показывает, что напряжение на стабилитроне изменяется мало, остается почти постоянным, стабильным в большом диапазоне изменения тока стабилитрона. Строго говоря, дифференциальное сопротивление стабилитрона имеет различное значение при разном токе стабилизации.

Дата добавления: 2015-10-13