Изучение особенностей ра­боты диодов при последовательном и параллельном соеди­нении

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра “Электрическая тяга”

Лабораторная работа № 21а

“Исследование полупроводникового диода”

Выполнил:

студент группы ЭТ-401

Кожевников Д. М.

Санкт-Петербург

2006

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы – ознакомление с основными свойствами диодов, снятие вольтамперной характеристики, изучение особенностей ра­боты диодов при последовательном и параллельном соеди­нении.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Полупроводниковый диод - прибор с односторонней электропроводно­стью на основе            2-слойной монокристаллической структуры, которую полу­чают путем введения в кремний (германий) в незначительном количестве примесей сурьмы (фосфора) и индия (ванадия) для образования n- (электронной) и p- (дырочной) электропроводности соответственно. Полупроводниковая структура, размещенная в герметическом корпусе, который имеет два   вывода - анод и катод, соединенные с зонами пир, называется дио­дом.

Примеси по объему полупроводника распространяются так, чтобы зо­ны с разным типом проводимости граничили друг с другом. На границе двух зон образуется p–n переход (запорный слой). Свойство p–n перехода пропус­кать ток в одном направлении лежит в основе работы полупроводникового диода.

При подключении к р–n переходу внешнего источника в прямом на­правлении («+» к p- и «-» к n-слою) через него будет протекать прямой ток. При обратной полярности сопротивление p–n перехода возрастает до сотен кОм, и по нему будет протекать небольшой обратный ток, который оп­ределяется не основными носителями зарядов.

Зависимость тока диода от приложенного напряжения называется вольтамперной характеристикой (ВАХ), которая определяет основ­ные параметры прибора. К ним относятся:

-  предельный ток  (максимально допустимое среднее за период значение тока, длительно протекающего через Диод);

-  повторяющееся напряжение  (максимально допустимое мгновен­ное значение напряжения, прикладываемое к диоду в обратном на­правлении). Величина его зависит от схемы преобразователя;

-  рекомендуемое рабочее напряжение  (амплитудное значение на­пряжения синусоидальной формы в обратном направлении):

-  пороговое напряжение  (отрезок ОК на ВАХ);

-  динамическое   сопротивление диода (котангенс угла );

-  прямое падение напряжения  (определяемое из выражения ).

В зависимости от величины предельного тока диоды делятся на:

-  слаботочные (<10 А);

-  силовые (> 10 А).

Выпрямительный слаботочный диод широкого применения обознача­ется КД 202 Б (кремниевый диод с предельным током 5 А, номер разработки 02, обратное напряжение 50 В).

К специальным видам диодов относятся стабилитрон, стабистор, вари­кап, фото- и светодиоды, туннельные диоды и другие.

Пример обозначения силового диода Д 161-200-5-1,25-1,35 (диод штыревой первой модификации, размер шестигранника под ключ 32 мм, предельный ток 200 А, повторяющееся напряжение 500 В, импульсное падение напряжения 1,25 - 1,35 В).

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Снятие прямой ветви вольтамперной характеристики диода.
2. Снятие обратной ветви вольтамперной характеристики.
3. Оценить расхождение напряжений между последовательно включенными диодами.
4. Исследование вольтамперной характеристики диода с помощью виртуального X-Y осциллографа.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Снятие прямой ветви вольтамперной характеристики диода

На наборном поле стенда собирается схема в соответствии с рис. 1. Диод устанавливается на наборном поле таким образом, чтобы с левой и правой стороны оставалось не менее чем по одной ячейке.

В качестве амперметра и вольтметра используется комбинированные цифровые приборы UT 2005 и UT 2001 (мультиметры), при этом предел измерения напряжения устанавливается     2 В, а предел измерения тока 200 мА. При малых значениях тока можно снизить предел измерения мультиметра, работающего в режиме миллиамперметра.

Рис. 1

Результаты опыта занесены в таблицу 1. По результатам опыта построена прямая ветвь ВАХ (рис. 5) и определено динамическое сопротивление.

2. Снятие обратной ветви вольтамперной характеристики

Собирается схема в соответствии с рис. 2. В качестве микроамперметра используется мультиметр UT 2001 с пределом измерения 20 мкА. Диод VD3 используется как защитный, чтобы не допустить выхода из строя микроамперметра при ошибке в определении полярности питания.

В качестве вольтметра нужно использовать мультиметр UT 2005 с пределом измерения     20 В, с переключением в ходе опыта на 200 В.

Рис. 2

Результаты опыта занесены в таблицу 2. По результатам опыта построена обратная ветвь ВАХ (рис. 5).

3. Оценить расхождение напряжений между последовательно включенными диодами

Для оценки расхождения напряжений между последовательно включенными диодами собирается схема на рис. 3.

Результаты опыта занесены в таблицу 3.

4. Исследование вольтамперной характеристики диода с помощью виртуального X-Y осциллографа

Для исследования ВАХ диода необходимо подать на вход диода переменное напряжение. При этом ток и напряжение через диод будут непрерывно меняться. Если по оси X измерять напряжение, а по оси Y силу тока, то оставшийся на экране осциллографа след будет представлять собой искомую ВАХ, т.к. ток переменный и на экране осциллографа будет большое количество точек. 

Опыт выполняется по схеме на рис. 4.

Рис. 4

На рис. 6 представлена вольтамперная характеристика диода.

ТАБЛИЦЫ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Таблица 1

Прямая ветвь ВАХ

Таблица 2

Обратная ветвь ВАХ

Таблица 3

Расхождение напряжений между последовательно включенными диодами

Без		С = 1 кОм
, В	, В	, В	, В
2,5	29	14,9	15,1

ВЫВОД

В ходе данной лабораторной работы, опытным путем ознакомились с основными свойствами диодов, сняли ВАХ, изучили особенности работы диодов при последовательном и параллельном соединении.

Расхождение напряжений между последовательно включенными диодами без  составляет 26,5 В, а с  - 0,2 В.