Исследование выпрямителя на пониженном напряжении

1.     Исследование выпрямителя на пониженном напряжении

Рис.4. Схема однополупериодного выпрямителя однофазного тока

Установить на входе выпрямителя напряжение с амплитудой 3 В. Измере-ние напряжения производить при помощи осциллографа. Зарисовать осциллог-раммы входного напряжения u_вх, напряжения на нагрузке u_н,напряжения на ди-оде u_а,анодного тока i_а. Убедиться в появлении нелинейных искажений тока и напряжения нагрузки.

2.     Исследование выпрямителя при входном напряжении 12 В.

Установить на входе выпрямителя напряжение с максимальной амплитудой. Зарисовать осциллограммы u_вх, u_н, u_а, i_а.

Снять зависимость среднего значения напряжения и тока нагрузки от амплитуды входного напряжения: U_н = F(U_вхm), I_a= F(U_вхm). Сравнить зависимости U_н = F(U_вхm), I_a= F(U_вхm) с расчетными.

Среднее значение напряжения на нагрузке

;

где  – среднее значение выпрямленного напряжения на холостом ходе выпрямителя;

u_а –падение напряжения на диоде, которое берется из вольтамперной характеристики диода.

Среднее значение анодного тока

, где R_н = 120 Ом.

Построить зависимость U_н = F(U_вхm) и I_н = F(U_вхm).

3.     Снятие вольтамперной характеристики одноанодного стабилитрона

Собрать схему, приведенную на рис.5.

Х – горизонтальный вход осциллографа, Y – вертикальный вход

Зарисовать вольтамперную характеристику стабилитрона и определить по ней параметры: дифференциальные сопротивления в прямом и обратном направлениях, напряжение стабилизации, прямое падение напряжения.

Определение параметров показано на рис.6.

Рис.6. Определение параметров по вольтамперной характеристике стабилитрона

4.     Исследование параметрического стабилизатора постоянного напряжения.

Собрать схему, приведенную на рис.7.

Рис.7. Схема параметрического стабилизатора постоянного напряжения: V₁, V₂ – вольтметры.

Снять зависимость выходного напряжения стабилизатора от входного напряжения: U_вых = F(U_вх). Построить зависимость. Измерить изменение тока DI. Определить коэффициент стабилизации по напряжению:

;

где значение U_вх в точке покоя принять 11 В, U_вых взять из вольтамперной характеристики стабилитрона –U_вых =U_сm.

5.     Оформление отчета.

При оформлении отчета представить таблицы измерений и обработанные осциллограммы. Сделать выводы по каждому пункту

Внимание! Тумблер «Усилитель Y» держать в положении «x10».

Контрольные вопросы

1.                Какая схема выпрямления называется однополупериодной?

2.                Как работает схема выпрямления однофазного тока?

3.                В каком случае необходимо учитывать нелинейность вольтамперной характеристики диода?

4.                Как построить кривую анодного тока при малом значении питающего напряжения, когда U_2mU_пор.

5.                Можно ли считать выпрямительный диод идеальным вентилем?

6.                Как снимается вольтамперная характеристика стабилитрона?

7.                Какой вид пробоя используется в одноанодных стабилитронах? Охарактеризовать каждый вид пробоя.

8.                Как строится схема параметрического стабилизатора напряжения? Раскрыть назначение элементов.

Таблица вариантов

Примечание: студенты, получившие подвариант А, строят кривую анодного тока i_a(t); подвариант Б – кривую анодного напряжения u_a(t); подвариант В – временные диаграммы u₂(t), i_a(t), u_a(t), u_н(t) для заданной вольтамперной характеристики (ВАХ) диода. ВАХ диода приведена на рис.8.

Рис.8. Вольтамперная характеристика диода для предварительного расчета

Работа №4

Исследование однооперационного тиристора

Цель работы

Изучение параметров и характеристик тиристора и исследование однофазного управляемого выпрямителя.

Теоретическая часть

Однооперационный тиристор является плоскостным полупроводниковым прибором, который состоит из четырех слоев р₁-n₁-р₂-n₂. Тиристор имеет три вывода: анод (А), катод (К), управляющий электрод (УЭ). Принцип действия тиристора рассматривается на четырехслойной структуре, имеющей два вывода. Такая структура называется динистором. Структура динистора приведена на рис.1.

Рис.1. Структура и условное обозначение динистора

На границе слоев образуются p-n-переходы П₁, П₂, П₃. При подключении динистора к источнику прямого напряжения p-n-переходы П₁ и П₃ смещаются в прямом направлении, а П₂ – в обратном направлении. Сопротивление перехода П₂ велико и составляет величину порядка 1 МОм, поэтому ток через структуру не протекает. В таком состоянии динистор закрыт. Для того чтобы рассмотреть условия включения структуры, необходимо представить схему замещения четырехслойной структуры двумя трехслойными.

Рис.2. Схема замещения динистора

На схеме замещения определяются слои эмиттеров и коллекторов каждого транзистора. Эмиттер является крайним слоем того p-n-перехода, который смещен в прямом направлении, поэтому эмиттерами являются слои p₁ и n₂. Коллектор является крайним слоем p-n-перехода, который смещен в обратном направлении, поэтому коллекторами являются слои n₁ и p₂. На основании схемы замещения определяется ток перехода П₂:

. (1)

Коллекторные токи определяются из уравнения:

. (2)

Структура динистора разделена на две части, поэтому ток неосновных носителей перехода П₂ делится пополам между двумя транзисторами и составляет . С учетом этого замечания выражение (2) представляется в виде:

,

, (3)

где α₁, α₂ – коэффициенты передачи тока эмиттера.

Выражения (3) подставляются в выражение (1):

.(4)

В динисторе все слои включены последовательно, поэтому токи I_п2,I_э1, I_э2 одинаковые и равны анодному току во внешней цепи I_а:

. (5)

Из выражения (5) определяется анодный ток:

. (6)

Выражение (6) определяет условия включения четырехслойной структуры:

– наличие тока I'_к0;

– (α₁ + α₂) = 1. (7)

При выполнении условия (7) анодный ток резко возрастает и динистор включается. Пусть напряжение, приложенное к динистору, возрастает. Тогда возрастают токи I_э1, I_э2, I_п2 и одновременно возрастают коэффициенты α₁ и α₂. Необходимо отметить, что в структуре динистора действует положительная обратная связь, так как выходной ток одного транзистора равен входному току другого: I_к1 = I_б2, I_к2 = I_б1 (рис.2). Благодаря обратной связи включение динистора происходит лавинообразно, если выполняется условие (7).

Процесс включения происходит следующим образом. При увеличении анодного напряжения возрастают токи в структуре, а также коэффициенты передачи α₁ и α₂. Для малых анодных напряжений (α₁ + α₂) << 1. При некотором анодном напряжении, называемым напряжением переключения, сумма (α₁ + α₂) приближается к 1 и начинается процесс включения, в процессе которого динистор переходит на диодную ветвь вольтамперной характеристики (рис.3). На участке 0–1 динистор закрыт, а на участке 1–2 происходит его включение.

Под действием обратного анодного напряжения два перехода П₁ и П₃

Рис.3. Вольтамперная характеристика динистора

смещаются в обратном направлении, следовательно, оба транзистора структуры закрыты. Для того чтобы появился анодный ток, необходимо пробить переходы П₁ и П₃. На рис.3 обратная ветвь показана до участка пробоя.

Структура однооперационного тиристора и схема прямого включения его приведена на рис.4. В базу транзистора n-p-n задается ток управления, который приводит к увеличению всех токов четырехслойной структуры: I_э2, I_к2, I_б1, I_к1, I_э1, I_б2. По сравнению с динистором включение тиристора произойдет при меньшем напряжении переключения U_пк. С возрастанием тока управления I_у напряжение переключения уменьшается.

Рис.4. Структура и схема прямого включения тиристора

Уравнение анодного тока выглядит следующим образом:

. (8)

При больших анодных напряжениях, составляющих сотни вольт, может произойти лавинный пробой перехода П₂, что приводит к увеличению концентрации носителей тока, а в выражении (8) появляется коэффициент лавинного размножения носителей М>1:

. (9)

Выключение тиристора происходит по анодной цепи, когда анодный ток уменьшается до тока удержания. Током управления тиристор не выключается, так как анодный ток значительно больше тока управления.

Вольтамперные характеристики анодной цепи тиристора приведены на рис.5. Обратная ветвь характеристики сливается с осью.

Рис.5. Вольтамперные характеристики тиристора

Экспериментальная часть

Похожие работы

Безкорпусная герметизация полупроводниковых приборов

Скачать

153271

6

6

... от структуры силикатных стёкол, и способно выдерживать умеренные концентрации катионов (например, натрий до 0,1%), не увеличивая электропроводимость. Боратное стекло отвечает требованиям герметизации полупроводниковых приборов: свободно от щелочных металлов, уплотняется (спаивается) при температуре до 800С, относительно инертно и водонепроницаемо, имеет регулируемые коэффициенты температурного ...

Применение полупроводниковых приборов

Скачать

21910

0

1

... интегральным микросхемам. Они позволяют выполнять логическую обработку большого числа сигналов, воспроизводить сложные функции усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. Тиристор – электропреобразовательный полупроводниковый прибор, содержащий три или более р-п-перехода. По числу внешних электродов тиристоры делятся на: двухэлектродные – динисторы и трехэлектродные – тринисторы. ...

Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника

Скачать

50268

3

3

... ). Перспективы развития микроэлектроники Функциональная микроэлектроника. Оптоэлектроника, акустоэлектроника, магнетоэлектроника, биоэлектроника и др. Содержание лекций 1 Цели и задачи курса “Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника”. Физика полупроводников. p-n- переходы. Полупроводниковые диоды. Разновидности и характеристики. 2 Транзисторы. Принцип действия, разновидности и ...

Расчет и проектирование диода на основе кремния

Скачать

43308

1

12

... измениться в е раз из-за рекомбинации. Для диода с тонкой базой при низкой частоте постоянная времени равна (1.6) 2. РАСЧЕТ и исследование мощных низкочастотных диодов на основе кремния   2.1 Расчет параметров диода Проведем расчет и исследования статических и динамических характеристик 4H-SiC p+-п0-n+ диодов, рассчитанных на обратное напряжение 6, 10 и 20 кВ и ...