Задание 4.3.1. Исследование ВАХ диода
Кафедра « Измерительно-вычислительные комплексы »
Дисциплина «Схемотехника»
Лабораторная работа № 2
Вариант: 13
Исследование полупроводниковых диодов
Выполнил:
Студент группы ИСТбд-31
Силантьев А. Р
Проверил:
Ефимов И. П
Ульяновск
2020
Цель: провести исследование ВАХ диода, провести исследование датчика температуры, определить напряжение стабилизации стабилитрона, определить дифференциальное сопротивление стабилитрона, определить дифференциального сопротивления составного стабилитрона, провести исследование диодного ограничителя напряжения.
Кратка теоретическая справка:
Диод–это полупроводниковый прибор, проводящий ток только в одном направлении –от анода к катоду.
Согласно представлениям современной физики, односторонняя проводимость диода объясняется следующим образом (рис.4.1):
Основу диода составляет p-n-переход (область соприкосновения полупроводников с дырочной (p) и электронной (n) проводимостями; в области p-типа атомы имеют положительный заряд (нехватка электронов).
Электронные вакансии в атомах называются дырками. Считается, что дырки имеют положительный заряд. В n области наблюдается избыток электронов, имеющих отрицательный заряд. При прямом смещении p-n-переход (рис.4.1, а) электроны движутся к положительному полюсу, дырки –к отрицательному. Через диод протекает прямой ток 
(диод открыт).
|
|
|
В случае обратного смещения p-n-перехода (рис.4.1, б) диод закрывается (область p-n-перехода освобождается от носителей заряда). Через диод протекает очень малый ток 
≪ 
.
На рис .4.2 представлена типовая вольтамперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода.
Прямая ветвь ВАХ описывается экспоненциальной функцией. ВАХ диода зависит от температуры:
, при 
Обратный ток слабо увеличивается при росте обратного напряжения. При определенном значении обратного напряжения ( 
) наступает пробой диода.
Стабилитрон –это специальный диод, предназначенный для стабилизации напряжения.
Обратная ветвь ВАХ стабилитрона имеет участок с большой крутизной (рис.4.3)
При воздействии обратного напряжения стабилитрон закрыт до тех пор, пока 
не достигнет значения напряжения стабилизации 𝑈ст. При 
≥ 
стабилитрон открыт, через него протекает обратный ток–ток стабилизации 𝐼ст. При этом 
остается почти постоянной величиной. Однако, , хотя и в малой степени, зависит от 
и температуры.
Дифференциальные сопротивления стабилитрона:
показывает, насколько изменяется напряжение стабилизации при заданном изменении тока стабилизации.
|
|
|
Температурный коэффициент напряжения стабилизации:
где 
– напряжение стабилизации при температуре 
(начальное значение); 
– напряжение стабилизации при температуре 
(конечное значение); показывает степень чувствительности данного параметра к температуре.
Прямая ветвь ВАХ у стабилитрона аналогична соответствующей ВАХ диода.
Принцип действия диодных ограничителей напряжения основан на том, что прямое напряжение диода не может превышать некоторого предельного значения (0,3...1,5 B в зависимости от типа диода) и его можно, с некоторой степенью приближения, считать постоянной величиной. В состав ограничителей напряжения могут входить и стабилитроны.
На рис. 4.4, показана схема простого диодного ограничителя напряжения и временная характеристика его работы (рис.4.4, б).
Пусть для всех диодов 
= 1B. Тогда в положительную полуволну 
(положительное напряжение относительно земли) диоды 
, 
, 
закрыты, и ток протекает только через открытые диоды 
, 
и через 
.
Так как ток протекает через два последовательно включенных диода, максимальное значение 
= 2B. В отрицательную полуволну 
(отрицательные напряжения относительно земли) диоды 𝑉𝐷4, 𝑉𝐷5 закрыты, а , , 
– открыты. Ток протекает через три последовательно включенных диода и = 3 B. На рис.4.5, представлена схема ограничителя напряжения, состоящего из диодов и стабилитрона. Временная диаграмма работы дана на рис.4.5, б.
|
|
|
Пусть прямое напряжение для всех элементов равно 1 B, а напряжение стабилизации для 
равно 5 B. В положительную полуволну 
диоды 
и 
закрыты, стабилитрон при напряжении 5 B открывается и рост 
прекращается. В отрицательную полуволну для всех диодов , и напряжение является прямым. Так как прямое напряжение ни на каком из элементов не может превысить 1 B, то ограничивается на уровне 1 B.
Общий вывод по работе: при выполнении работы были освоены принципы работы в программе Micro-Cap, а именно: построение основных элементов цепи, вычисления основных элементов цепи, используя средство Dynamic DC для проверки с вычисленными значениями. Также были изучены основы работы с полупроводниковыми диодами, а именно: построение элементов, вычисление стабилизации стабилитрона, вычисление дифференциального сопротивления, а также построение составных стабилитронов на схеме.
Задание 4.3.1. Исследование ВАХ диода
|
|
|
Рис. 4.6. Схема для снятия ВАХ диода
| Номер варианта | 
| 
| 
|
| 13 | -27 | 27 | 38 |
Результаты исследования ВАХ диода при температуре :
| Номер опыта | Прямое напряжение
, мВ
| Прямой ток , мА
|
| 1 | 770 | 2,621 |
| 2 | 780 | 4,2 |
| 3 | 790 | 6,729 |
| 4 | 800 | 10,783 |
| 5 | 810 | 17,277 |
| 6 | 820 | 28,684 |
| 7 | 830 | 44,358 |
| 8 | 840 | 71,077 |
| 9 | 850 | 113,888 |
| 10 | 860 | 182,485 |
Результаты исследования ВАХ диода при температуре :
| Номер опыта | Прямое напряжение
, мВ
| Прямой ток , мА
|
| 1 | 700 | 5,675 |
| 2 | 710 | 8,353 |
| 3 | 720 | 12,296 |
| 4 | 730 | 18,1 |
| 5 | 740 | 26,644 |
| 6 | 750 | 39,22 |
| 7 | 760 | 57,733 |
| 8 | 770 | 84,984 |
| 9 | 780 | 125,098 |
| 10 | 790 | 184,146 |
Результаты исследования ВАХ диода при температуре 
:
| Номер опыта | Прямое напряжение
, мВ
| Прямой ток , мА
|
| 1 | 680 | 5,251 |
| 2 | 690 | 7,625 |
| 3 | 700 | 11,072 |
| 4 | 710 | 16,077 |
| 5 | 720 | 23,344 |
| 6 | 730 | 33,896 |
| 7 | 740 | 49,219 |
| 8 | 750 | 71,467 |
| 9 | 760 | 103,773 |
| 10 | 770 | 150,682 |
Графики зависимости 
= 𝐹( ) для трех значений температур:
Вывод: при исследовании ВАХ диода было выяснено, что с повышением температуры возрастает значение прямого тока .
Дата добавления: 2020-12-22; просмотров: 163; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!