4 Просмотров

Задание:

4. Выпрямители напряжения

4.1. Темы для подготовки к лабораторной работе

Электрические переходы. Энергетические диаграммы и свойства p-n перехода. ВАХ p-n перехода. Устройства полупроводникового диода. Классификация диодов. ВАХ выпрямительного диода. Основные параметры выпрямительного диода. Влияние температуры на ВАХ выпрямительного диода. Назначение, типовая схема и принцип действия однополупериодного выпрямителя напряжения. Назначение, типовая схема и принцип действия мостового выпрямителя напряжения.

4.2. Контрольные вопросы

1. Как образуется электронно-дырочный переход?
2. Устройство и назначение полупроводниковых диодов.
3. Привести типовую ВАХ выпрямительного диода.
4. Привести основные параметры выпрямительного диода.
5. Как влияет температура и вид диода на ВАХ выпрямительного диода?
6. Привести классификацию и области применения диодов и их типовые ВАХ.
7. Привести схему и объяснить принцип действия однополупериодного выпрямителя напряжения.
8. Привести схему и объяснить принцип действия мостового выпрямителя напряжения.
9. Как определяется коэффициент пульсации?

 

Ответ на задание:

1. Как образуется электронно-дырочный переход?

Электронно-дырочный переход (p-n переход) образуется на границе двух областей полупроводника, легированных различными примесями: одной с донорной примесью (n-область), другой с акцепторной примесью (p-область).

Процесс образования:

1. Диффузия носителей: В момент контакта начинается диффузия основных носителей заряда (электронов из n-области в p-область и дырок из p-области в n-область).
2. Образование пространственного заряда: В результате диффузии образуются нескомпенсированные ионы доноров и акцепторов, создающие электрическое поле, направленное от n- к p-области.
3. Формирование потенциального барьера: Возникающее электрическое поле препятствует дальнейшей диффузии основных носителей, но ускоряет движение неосновных носителей (электронов в p-области и дырок в n-области) к границе раздела.
4. Равновесное состояние: Процессы диффузии и дрейфа уравновешиваются, образуется область пространственного заряда (запорный слой), в которой практически отсутствуют свободные носители заряда.

 

2. Устройство и назначение полупроводниковых диодов

Устройство: Основным элементом диода является p-n переход. Диоды изготавливают из различных полупроводниковых материалов (кремний, германий и др.). Корпус диода защищает p-n переход от внешних воздействий и обеспечивает электрический контакт с выводами.

Назначение: Основное назначение диода – это одностороннее пропускание электрического тока. Диод пропускает ток в прямом направлении (от анода к катоду) и практически не пропускает ток в обратном направлении.

3. Типовая ВАХ выпрямительного диода

ВАХ (вольт-амперная характеристика) диода представляет собой зависимость тока через диод от приложенного к нему напряжения. Для выпрямительного диода характерны следующие участки:

• Прямой участок: При прямом напряжении, превышающем напряжение включения, ток резко возрастает.
• Обратный участок: При обратном напряжении ток практически равен нулю до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение пробоя.

4. Основные параметры выпрямительного диода

• Выпрямленное напряжение: Максимальное напряжение, которое диод может выдерживать в прямом направлении без разрушения.
• Обратное напряжение: Максимальное напряжение, которое диод может выдерживать в обратном направлении без пробоя.
• Средний прямой ток: Максимальный средний ток, который диод может пропускать в прямом направлении.
• Динамическое сопротивление: Сопротивление диода в прямом направлении.

5. Влияние температуры и вида диода на ВАХ

• Температура: С повышением температуры напряжение включения диода уменьшается, а ток утечки в обратном направлении увеличивается.
• Вид диода: ВАХ различных диодов отличаются значениями напряжения включения, обратного тока и крутизной прямого участка.

6. Классификация и области применения диодов

Диоды классифицируются по различным признакам:

• По материалу: кремниевые, германиевые и др.
• По мощности: маломощные, среднемощные и высокомощные.
• По назначению: выпрямительные, стабилитроны, варикапы и др.

Области применения:

• Выпрямление переменного тока.
• Стабилизация напряжения.
• Генерация импульсов.
• Модуляция сигналов.

7. Однополупериодный выпрямитель

Схема: Состоит из трансформатора, диода и нагрузки.Принцип действия: В течение положительной полуволны переменного напряжения диод открывается и пропускает ток через нагрузку. В течение отрицательной полуволны диод закрывается и ток через нагрузку не протекает.

8. Мостовой выпрямитель

Схема: Состоит из четырех диодов, соединенных в виде моста, трансформатора и нагрузки.Принцип действия: Независимо от полярности приложенного напряжения хотя бы два диода всегда открыты, обеспечивая прохождение тока через нагрузку в одном направлении.

9. Коэффициент пульсации

Коэффициент пульсации характеризует степень нестабильности выпрямленного напряжения. Он определяется как отношение амплитуды пульсаций к среднему значению выпрямленного напряжения.