Застосування напівпровідникових діодів і стабілітронів

Міністерство освіти і науки РФ

Далекосхідний Державний Технічний Університет

(ДВПИ ім. Куйбишева)

Інститут Радіоелектроніки Інформатики та Електротехніки

ЕЛЕКТРОНІКА

«ЗАСТОСУВАННЯ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ДІОДІВ і стабілітрон»

Владивосток

2010

Мета роботи: ознайомлення з деякими, найбільш поширеними, схемами застосування діодів і стабілітронів, особливостями цих схем і областями їх застосування.

1. Для дослідження взято діод: BY 228. Зняття характеристик проводилося за схемою, представленої на рис.2.1.

Рис. 2.1. Однополуперіодної (а) і бруківка (б) схеми випрямлячів

а) б)

Рис. 2.2. Осцилограми вхідного (10 В) і вихідної напруги однополуперіодної (а) і мостовий (б) схем випрямлячів на частоті 5 кГц

При роботі однополуперіодної схеми вихідна напруга повторює вхідний тільки в позитивні напівперіоди (ріс.2.2.а), в які діод D 1 (рис.2.1) відкритий. При роботі мостової схеми (ріс.2.2.б) вихідна напруга повторює вхідний у позитивні напівперіоди, коли відкриті діоди D 1 і D 3, і так само модулю вхідного негативної напруги, коли відкриті діоди D 2 і D 4 (ріс.2.1.б) .

В обох випадках амплітуда вихідної напруги менше амплітуди вхідного на величину падіння напруги на одному відкритому діоді D 1 для схеми рис.2.1, і величину суми падінь напруг на діодах D 1 і D 3 або D 1 і D 3 для схеми ріс.2.1б .

а) б)

Рис. 2.3. Осцилограми вхідного (10 В) і вихідної напруги однополуперіодної (а) і мостовий (б) схем випрямлячів на частоті 50 кГц

При роботі випрямляча на частотах, які перевищують граничне значення паспортної частоти, позначається вплив власної прохідний ємності діода. Так, на рис. 2.3.а видно негативні викиди напруги в інтервали часу, коли діод D 1 (рис. 2.1.а) замкнено. У цей час діод починає працювати як ємність диференціює ланцюга (з опором навантаження).

При роботі мостового випрямляча істотних змін, окрім підвищення рівня мінімальної напруги, не спостерігається - можливо, дана модель діода веде себе неадекватно або некоректна схема рис.2.1 (немає загального проведення з виходу на осцилограф з навантаження випрямляча).

а) б)

Рис. 2.4. Осцилограми вхідного (60 В) і вихідної напруги однополуперіодної (а) і мостовий (б) схем випрямлячів на частоті 5 кГц

На рис.2.4 показані осцилограми напруг при перевищенні вхідної напруги величини пробивної напруги (50В) діода.

Для однополуперіодної схеми (рис. 2.4а) в момент перевищення зворотної напруги значення 50В утворюється негативний викид, що повторює форму вхідної напруги в інтервалі після 50В. Це викличе незворотний тепловий пробій діода і призведе до виходу його з ладу.

Для мостової схеми спостерігається зниження вихідного напруги в моменти перевищення вхідною напругою граничного значення для діода. При менших вхідних напругах спостерігаються перехідні нестійкі процеси, що говорять про неадекватну роботі діодів в цьому режимі.

Рис. 2.5. Осцилограми вхідного (10 В) і вихідної напруги на частоті 5 кГц схем випрямлячів: однополуперіодної (а) при опорі навантаження R = 100кОм; і мостової (б) при опорі навантаження R = 1МОм

При збільшенні опору навантаження (з 1 кОм до 100 кОм) починає впливати прохідна ємність діода, опір змінному струму якої стає порівнянним з опором навантаження. Аналогічно процесу, показаному на рис. 2.3а, з'являється викид негативної напруги на виході випрямляча (рис. 2.5а).

При моделюванні роботи мостової схеми ефект зміни роботи проявляється при великих значеннях опору навантаження (R = 1МОм), і виражається в збільшенні мінімальних значень вихідної напруги (рис. 2.5б)

2. Дослідження застосування діодів як обмежувачів вироблялося за схемами, зображеним на рис.2.6. Отримані осцилограми роботи наведені на рис.2.7.

Рис. 2.6. Діодні обмежувачі:

а, б - односторонні обмежувачі, в - двосторонні обмежувачі

Рис. 2.7. Осцилограми вхідного (15 В) і вихідної напруги обмежувачів:

а, б - односторонні обмежувачі, в - двосторонній обмежувач

Величина вихідної напруги схеми (рис. 2.7а) обмежена напругою:

• U а, що дорівнює сумі напруги опорного джерела (5 В) та напруги падіння на відкритому діоді U = 1,5 В;

• U б, що дорівнює сумі поточного напруги на дільнику (1,7 - 5,0 В) і напруги падіння на відкритому діоді U = 1,5 В;

• U в, рівним напрузі падіння на відкритих діодах U = ± 1,5 В.

3. Дослідження застосування стабілітронів вироблялося за схемами, зображеним на рис. 2.8. Отримані дані про вихідні і вихідних напругах схем зведені в табл. 2.1 і табл. 2.2, їх залежності один від одного показані на графіку.

Таблиця 2.1

Залежність вихідної напруги U2 від вхідного U1 (схема рис. 2.6а)

Таблиця 2.2

Висновки

У результаті проведеної роботи з використанням засобів моделювання програмного комплексу «Electronics Workbench" досліджено області застосування напівпровідникового діода BY 228 і напівпровідникового стабілітрона 1 N 4733. Знято осцилограми та проведено порівняння характеру зміни вихідних напруг від вхідних. За допомогою MS Excel 2003 побудовані графічні залежності напружень в схемах стабілізаторів.