Описание работы стенда

Исследование полупроводниковых диодов

Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор с одним или несколькими«п-р» переходами и с двумя или тремя выводами..

В зависимости от технологии изготовления различают: точечные диоды, сплавные, микросплавные, эпитаксиальные и другие.

По функциональномуназначениюдиоды делятсяна: выпрямительные, универсальные, импульсные, смесительные, СВЧ- диоды, стабилитроны, стабисторы, варикапы, динисторы, тиристоры, симисторы, фотодиоды, светодиоды и т.д.

По конструктивному исполнению диоды бывают: плоскостные и точечные.

По используемому материалу – кремниевые, германиевые, арсенидгалиевые.

Диоды служат для следующих целей:

· выпрямления переменного тока;

· стабилизации тока и напряжения;

· формирования импульсов сигналов;

· для регулирования мощностей и т.д.

1. Выпрямительные диоды применяются для преобразования переменного тока в постоянный.

Они делятся на следующие виды:

· маломощные (до 0,3 А);

· средней мощности (до 10 А);

· мощные (до тысяч ампер и более)

· низкочастотные (до 1 кГц) и высокочастотные (до 100кГц).

Диоды средней и большой мощности для отвода тепла имеют радиаторы.

Вольт-амперная характеристика выпрямительных диодов приведена на рис.1:

Рис. 1. Вольт-амперная характеристика диодов

Вольт-амперная характеристика зависит от рабочей температуры (рис. 1). У германиевых диодов обратный ток I_обр. увеличивается в два раза при увеличении температуры на 10⁰ С.

Основные параметры выпрямительных диодов следующие:

· Средний выпрямительный ток I_ср.

· Максимальный прямой ток диода I_мак.

· Обратный ток диода I_обр. при заданной температуре.

· Среднее прямое напряжение U_прпри I_ср.

· Пороговое напряжение на диоде U_noр.

· Максимально допустимое обратное напряжение U_{обр.макс}.

· Дифференциальное сопротивление r _диф. = ∆U/∆I

· Частота переменного тока f.

· Средняя рассеиваемая мощность P_g.

б)

Рис. 2. Выпрямительный диод: условное обозначение (а), его ВАХ (б)

При расчете диодных схем выбранные режимы работы должны быть значительно меньше предельно-допустимых.

U_обр£ 0,7*U _{обр.макс} , I_ср£ (0,2 ¸ 0,5) I _макс .

Наряду с выпрямительными диодами для выпрямления переменного тока широко используются диодные мосты и диодные столбики. Диодные мосты – четыре диода, включенные по схеме моста (рис. 3).

Диодные столбики представляют собой набор из последовательно соединенных диодов, предназначенных для выпрямления высоковольтного напряжения.

	а)

Рис. 3. Диодный мост: условное обозначение (а), электрическая схема моста (б)

2. Импульсные диоды нашли применение в импульсных схемах промышленной электроники и автоматики. Такие диоды отличаются малым временем включения и выключения.

3. В ысокочастотные диоды используются в высокочастотных схемах. Они имеют обладают минимальными паразитными емкостями и индуктивностями

4 Стабилитроны применяются для стабилизации напряжений..

В полупроводниковых стабилитронах используется свойство незначительного изменения обратного напряжения на «p-n» - переходе при электрическом пробое. Вольтамперная характеристика стабилитрона представлена на (рис. 4)

I_CT .мин

Рис. 4. Условное обозначение стабилизатора (а) и его ВАХ (б)

Основными параметрами стабилитрона являются:

· напряжение стабилизации U_ст,

· минимальный ток стабилизации I_ст.мин,

· максимальный ток стабилизации I_ст.мак,

· дифференциальное сопротивление r_диф= ∆U/∆I,

· температурный коэффициент напряжения стабилизации,

· мощность рассеивания и др.

Стабилитроны могут быть одноанодные и двуханодные. Последние обеспечивают стабилизацию двуполярных напряжений и представляют собой два встречно включенных одноанодных стабилитронов (рис.5).

А

I

а) б)

Рис. 5. Условное обозначение двуханодного стабилитрона (а) и его ВАХ (б)

Для уменьшения температурного коэффициента последовательно со стабилитроном включается диод. Такие стабилитроны относятся к прецизионным.

Стабилитроны делятся на маломощные, средней мощности и мощные. Используются для стабилизации напряжения, а также в импульсных схемах и преобразователях.

5 Стабисторы, как и стабилитроны, предназначены для стабилизации напряжения. Однако, в отличие от последних, в них используется прямая ветвь ВАХ. Поэтому стабисторы позволяют стабилизировать малые напряжения (0,35…1,9 В). По основным параметрам они близки к стабилитронам, но включаются в цепь стабилизации в прямом направлении.

На рис. 6 приведена схема параметрического стабилизатора напряжения. с использованием стабилитронов и стабисторов

Рис. 6. Схема параметрического стабилизатора напряжения

U_вх = U_б + U_н I_вх = I_ст + I_н

6 Варикапы – это полупроводниковые диоды, емкость которых меняется при изменении обратного напряжения. На рис. 7 приведена вольтамперная и емкостная характеристики варикапа.

Ia

C

А

а) б) в)

Рис. 7. Условное обозначение (а), ВАХ (б), емкостная характеристика варикапа (в)

Ёмкость варикапа увеличивается с уменьшением обратного напряжения.

Основные параметры варикапа:

· общая емкость С_в;

· коэффициент перекрытия по емкости К=С_в.мак/С_в.мин; обычно К=(5-20);

· сопротивление потерь rп;

· добротность Q;

· температурный коэффициент емкости.

Варикапы применяются в резонансных системах, например, для частотной модуляции сигналов.

7 Динисторы представляют собой четырехслойную структуру и имеют три «p-n» - перехода (рис.8).

Iа

III

I

а) б) в)

Uпр

Рис. 8. Структура динистора (а), его условное обозначение (б) и его ВАХ (в)

ВАХ динистора приведена на рис.8. При повышении анодного напряжения U_a U_вкл. возникает пробой «п-р» перехода. В открытом состоянии (III) динистор будет находиться до момента, пока по нему протекает ток I_a>I_удерж. При этом ток ограничивается сопротивлением нагрузки R_н.Выключение динистора происходит, если I_a<I_удерж. Динисторы применяются в формирователях импульсов и в преобразователях.

8. Тиристоры – это многослойная структура, имеющая три вывода: анод, катод и управляющий электрод (рис. 9).

А

Iа

А

Y

А

а) б) в)

		К

  Iу1>Iу2>Iу3>Iу4    

Iпр

Iу5=0

Iудерж

Uа

Uпр

Uвкл

Рис. 9. Структура тиристора (а), условное обозначение (б) и его ВАХ (в)

На управляющий электрод поступает управляющий ток I_упр уменьшающий напряжение U_вкл.

Если U_упр. = 0 и I_упр. = 0, то тиристор превращается в динистр. Таким образом, тиристор имеет два устойчивых состояния и используется в различных формирователях, регуляторах тока, преобразователях.

Тиристоры делятся на не запираемые и запираемые. Последние могут переключаться из открытого состояния в закрытое при подаче на управляющий электрод сигнала отрицательной полярности.

9. Симисторы имеют пятислойную структуру, три электрода (А, К, У) и симметричную ВАХ. Открывание симисторов происходит управляющим токовым сигналом.

Симисторы в отличие от тиристоров имеют возможность проводить ток в двух направлениях, поэтому на симисторы можно подавать переменное напряжение.

Симисторы, как и тиристоры, могут применяться в формирователях, коммутаторах, регуляторах тока и напряжения.

Рис.10. Условное обозначение (а), ВАХ (б) симистора

Важнейшими параметрами тиристоров являются:

· ток удержания тиристора I_удерж,

· напряжение в открытом состоянии,

· ток отпирания,

· время включения,

· время отключения,

· прямое напряжение,

· предельно-допустимое обратное напряжение,

· средний ток и др.

Маркировка (обозначение) диодов:

· первый элемент – буква (цифра) – материал диода Г (1) – германий, К (2) – кремний, А (3) – арсений;

· второй элемент – буква, обозначающая назначения диода: Д – диод выпрямитель, Ц – мост, В – варикап, С – стабилитрон (стабистор), Н – динистор, У – тиристор, А – СВЧ;

· третий элемент – три цифры – характеристики диода.

· Четвертый элемент – параметрический параметр

2 Целью работы

Целью работы является:

.

2.1. Снятие вольт-амперных характеристик полупроводниковых диодов.

2.2. Изучение полупроводниковых диодов

Описание работы стенда

Рис. 11. Электрическая схема стенда

Стенд (рис.11) содержит измерительную схему, исследуемые полупроводниковые диоды, схему переключения.

Измерительная схема включает в себя источник синусоидального напряжения ~E, токоограничивающий резистор R₀, переключатель “SA1” для подключения исследуемых диодов и измерительный резистор R_ш = 10 ом.

Переключатель “SA2” отключает напряжение на гнезде “X”, для установки луча в центре экрана осциллографа при снятии ВАХ.

Тумблер “SA3”»Усиление» позволяет усиливать входной сигнал на гнезде “X” в 3 раза и таким образом “растянуть” развертку, чтобы увидеть начальный участок ВАХ диода.

Резистор R _т позволяет изменять ток управления тиристора I_упр. Величина тока I_упр измеряется выносным прибором, который подключается к гнёздам Г1, Г2 стенда. Переключатель «SA 4» подключает ток I_упр при исследовании тиристора.

Внимание В работе используется осциллографический метод получения ВАХ. Исследуемый полупроводниковый диод включается в цепь источника переменного напряжения ~E. На вход “У” осциллографа подаётся напряжение с резистора R_ш, которое пропорционально току, протекающему через диод, а на вход “X”подаётся напряжение, пропорциональное напряжению ~E.

С помощью переключателя “SA1” в схему измерителя подключается соответствующий полупроводниковый диод.

В работе исследуются:

· кремниевый диод КД101А,

· германиевый диод ГД107Б,

· стабилитрон КС147А,

· двуханодный стабилитрон КС182А,

· стабистор КС107А,

· динистор КН102А,

· тиристор КУ101А.

Дата добавления: 2015-11-14