 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Д213А, 2Д213Б, 2Д213В, 2Д213Г, КД213А, КД213Б, КД213В, КД213Г
Тольяттинский государственный университет
Кафедра «Промышленная электроника»
Определение свойств, параметров, вольт - амперных характеристик выпрямительных диодов и степени их соответствия техническим условиям Отчет по лабораторной работе №1
Руководитель: Глибин Е.С.
Исполнители: Волохов Д.Г.
Группа ЭЛб-1301 Бригада №2
Тольятти 2013
Содержание
стр. 1. ЦЕЛИ И ПРОГРАММА РАБОТЫ ……………………………………………………. 3 2. Методика выполнения экспериментов ………………………………… 4 3. Экспериментальное определение вах, построение их графиков, определение пороговых напряжений и напряжений пробоя …………………………………………………………….. 6 4. расчет статических и динамических сопротивлений, построение эквивалентных схем замещения ………………………….. 10 5. определение кпд заданной цепи …………………………………………… 15 6. справочных данные на диоды ……………………………………………... 18 выводы ……………………………………………………………………………………. 23 литература ……………………………………………………………………………….. 24
1. Цели и программа работы
1.1 Цель работы
Цель работы – достичь понимания свойств и характеристик полупроводниковых выпрямительных диодов, приобрести навыки экспериментального определения их вольт-амперных характеристик (ВАХ) и практического определения соответствия их параметров техническим условиям или справочным данным.
1.2 Задачи работы
1.2.1 Изучить теоретический материал по выпрямительным диодам. 1.2.2 Выполнить экспериментальную часть работы в соответствии с программой и обработать результаты экспериментов. 1.2.3. По результатам проведенных работ оформить отчет и защитить его.
1.3 Программа работ
1.3.1 Ознакомиться с методическими рекомендациями по выполнению данной работы. 1.3.2 Изучить теоретические сведения по электрофизическим явлениях в электронно-дырочных переходах, свойствам и параметрам полупроводниковых выпрямительных диодов по конспекту лекций по дисциплине «Полупроводниковые приборы « и литературе [1 – 4]. 1.3.3 Подготовить формуляр отчета по лабораторной работе. 1.3.4 Ознакомиться с устройством модернизированного лабораторного стенда по методическому пособию «Универсальный компьютерный лабораторный стенд» и подготовить его к работе. 1.3.5 Снять прямые ветви ВАХ кремниевого и германиевого диодов. 1.3.6 Снять обратные ветви ВАХ этих же диодов. 1.3.7 Построить графики полученных ВАХ. 1.3.8 Определить величины порогового напряжения, напряжения пробоя и обратного тока. 1.3.9 Рассчитать по ВАХ зависимости статического Rc и динамического Rд сопротивлений от тока диода. 1.3.10 Определить по справочнику параметры номинального режима диодов и для номинального тока построить схемы замещения. 1.3.11 Сравнить параметры исследованных диодов с техническими условиями или со справочными данными. 1.3.12 Для цепи, состоящей из последовательно соединенных источника напряжения с величиной электродвижущей силы (ЭДС) равной Ео, нагрузочного резистора Rн = 1 кОм и диода, рассчитать изменение коэффициента h полезного действия (КПД) такой цепи при изменении Е в диапазоне ±50% от величины Е0. Ток диода при Е = Е0 принять равным 2 мА. Сравнить полученные зависимости для германиевого и кремниевого диодов и объяснить их. 1.3.13 Для цепи по п. 3.12 при Е = Ео рассчитать и построить графики зависимостей величины h цепи от изменения сопротивления резистора R в диапазоне от 500 Ом до 1,5 кОм. 1.3.14 Закончить оформление отчета и сделать выводы о степени соответствия исследованных диодов техническим условиям, сравнить свойства германиевого и кремниевого диодов и объяснить их отличия. Справочные данные на германиевые и кремниевые диоды приведены в приложении. 1.3.15 Защитить отчет.
2. Методика выполнения экспериментов
2.1 При изучении теоретического материала обратить внимание на свойства полупроводников и электронно-дырочных переходов, связанных с различной шириной запрещенной зоны у разных полупроводниковых материалов. Повторить графоаналитические методы расчета режимов нелинейных цепей, а также условные обозначения элементов в электрических цепях и их буквенные обозначения по действующим ГОСТам. 2.2 Работа выполняется на модернизированном лабораторном стенде 87Л-01 "ЛУЧ". При выполнении экспериментальной части лабораторной работы необходимо использовать сменный планшет №1. Рекомендуемые приборы: 1) генератор тока (ГТ 0-10 мА) и генератор напряжения (ГН2 0-15 В и ГН3 30-100 В), находящиеся на нижней панели стенда, смотри описание стенда, 2) мультиметры, находящиеся на правой и левой панелях стенда, 3) кремниевый или германиевый диод по указанию преподавателя, 4) соединительные провода. 2.3 Прямая ветвь ВАХ снимается по схеме, приведенной на левой части планшета (рисунок 1), обратная ветвь - по схеме на правой части. Для точного получения результатов при малых значениях измеряемых величин необходимо устанавливать переключатели приборов на как можно меньшие диапазоны измерения.
Рисунок 2.1 – Схема стенда для снятия вольт – амперных характеристик диода в прямом включении
2.4 При снятии прямых ветвей ВАХ необходимо обратить внимание на полярности источников и приборов, указанные на левой схеме планшета и собрать схему в строгом соответствии с этими полярностями. Далее надо поставить переключатель одного из мультиметров в положение 2 мА, а второго - 2 В. Установить рукоятки ГТ "ГРУБО" и "ТОЧНО" в крайнее левое положение. После проверки собранной схемы преподавателем или лаборантом включить стенд, поставив включатель питания «Сеть» в положение "I" (включено). При этом должна загореться подсветка включателя. Вращая рукоятки "ГРУБО" и "ТОЧНО" генератора тока, снять показания мультиметров в 10 -12 точках. Максимальное значение задаваемого тока - 10 мА - превышаться не должно. Затем отключить питание стенда, полученные значения токов и напряжений занести в таблицу. После замены диода указанные действия повторить. 2.5 При снятии обратных ветвей ВАХ необходимо собрать схему на правой части планшета стенда, соблюдая указанные на ней полярности приборов и источников (см. рисунок 2). Поставить переключатель одного из мультиметров в положение 2 мА, переключатель второго в положение 200 В. Установить рукоятки ГН3 "ГРУБО" в крайнее левое положение. 2.6 После проверки собранной схемы включить стенд, поставив включатель питания «Сеть» в положение "I". При этом должна загореться подсветка включателя. Вращая рукоятку генератора напряжения "ГН 30-100 В", снять показания приборов в 10-12 точках. Максимальное задаваемое напряжение - 100 В. Отключить стенд. Занести в таблицу полученные значения токов и напряжений. Построить в первом приближении черновые графики полученных ВАХ и показать их преподавателю. Разобрать схему. Сдать соединительные провода и сменные элементы лаборанту.
Рисунок 2.2 - Схема стенда для снятия вольт – амперных характеристик диода в обратном включении
2.7 Построить точные графики полученных ВАХ. Поскольку масштабы токов и напряжений на осях графиков прямых и обратных ветвей ВАХ различны, то рекомендуется прямые и обратные ветви ВАХ строить на отдельных графиках. 2.8 При оформлении отчета руководствоваться требованиями к оформлению отчетов по лабораторным работам кафедры «Промышленная электроника».
3.Экспериментальное определение ВАХ, построение их графиков, определение пороговых напряжений и напряжений пробоя
3.1 Работа выполнялась на модернизированном лабораторном стенде 87Л-01 "ЛУЧ". При выполнении экспериментальной части лабораторной работы использовался сменный планшет №1. Дополнительные приборы: 1) генератор тока (ГТ 0-10 мА) и генератор напряжения (ГН2 0-15 В и ГН3 30-100 В), находящиеся на нижней панели стенда, 2) мультиметры, находящиеся на правой и левой панелях стенда, 3) диоды Д9 и 2Д213Б, 4) соединительные провода.
3.2 Определение ВАХ диодов при прямом включении
3.2.1 Прямая ветвь ВАХ снималась по схеме, приведенной на левой части планшета (см. рисунок 2.1). 3.2.2 Переключатель одного из мультиметров был установлен в положение 2 мА, а второго - 2 В. Рукоятки ГТ "ГРУБО" и "ТОЧНО" установлены в крайнее левое положение. 3.2.3 После проверки собранной схемы преподавателем, мы поставили включатель питания «Сеть» в положение "I" (включено). При этом загорелась подсветка включателя. Вращая рукоятки "ГРУБО" и "ТОЧНО" генератора тока, мы сняли показания мультиметров в 10 - 12 точках. Затем отключили питание стенда, полученные значения токов и напряжений занесли в таблицу. После замены диода указанные действия повторили. 3.2.4 В ходе опытов с диодами Д9 и 2Д213Б при их прямом включении, мы получили следующие ВАХ этих диодов (рис. 3.1 и рис. 3.2)
Рисунок 3.1 – ВАХ диода Д9 при прямом включении
Рисунок 3.2 – ВАХ диода 2Д213 при прямом включении
3.3 Определение ВАХ диодов при обратном включении
3.3.1 При снятии обратных ветвей ВАХ, мы собрали схему на правой части планшета стенда, соблюдая указанные на ней полярности приборов и источников (см. рис. 2.2). Поставили переключатель одного из мультиметров в положение 2 мА, переключатель второго в положение 200 В. Установить рукоятки ГН3 "ГРУБО" в крайнее левое положение. 3.3.2 После проверки собранной схемы мы включили стенд, поставив включатель питания «Сеть» в положение "I". При этом загорелась подсветка включателя. Вращая рукоятку генератора напряжения "ГН 30-100 В", сняли показания приборов в 10-12 точках. Максимальное задаваемое напряжение - 100 В. Затем отключили питание стенда, полученные значения токов и напряжений занесли в таблицу. После замены диода указанные действия повторили. 3.3.3 В ходе опытов с диодами Д9 и 2Д213Б при их обратном включении, мы получили следующие ВАХ этих диодов (рис. 3.3 и рис. 3.4)
Рисунок 3.3 – ВАХ диода 2Д213Б при обратном включении
Рисунок 3.4 – ВАХ диода Д9 при обратном включении
3.4 Основываясь на полученных данных, определим величины порогового напряжения, напряжения пробоя и силы обратного тока. У диода Д9 эти показатели равны: 1)Uпорог. = 0,24 В 2) I обр. = 0 3)Uпробоя – не определено, т.к. его значение больше измеряемого нами диапазона У диода 2Д213Б эти показатели следующие: 1)Uпорог. = 0,33 В 2) I обр. = 0 3)Uпробоя – не определено, т.к. его значение больше измеряемого нами диапазона
4. Расчет статических и динамических сопротивлений, построение эквивалентных схем замещения
4.1 Используя ВАХ исследуемых нами диодов найдем величины их статических и динамических сопротивлений
4.2 При помощи полученных данных мы получили следующие показания зависимости статического сопротивления диодов от силы тока при их прямом включении (рис. 4.1 и рис 4.2) по формуле (1):
Rст = U/I (1)
где I - значение силы тока, А; U - напряжение соответствующее значению силы тока, В.
Рисунок 4.1 – Зависимость статического сопротивление диода 2Д213Б от силы тока при прямом включении
Рисунок 4.2 – Зависимость статического сопротивление диода Д9 от силы тока при прямом включении
4.3 Рассчитаем зависимость статического сопротивления диодов от силы тока при их обратном включении (рис. 4.3 и рис 4.4) по формуле (1).
Рисунок 4.3 - Зависимость статического сопротивление диода 2Д213Б от силы тока при обратном включении
Рисунок 4.4 - Зависимость статического сопротивление диода Д9 от силы тока при обратном включении
4.4 Найдем зависимость динамического сопротивления диодов от силы тока при их прямом включении (рис 4.5 и рис 4.6) по формуле (2):
Rд = ∆U/ ∆I (2)
где - ∆I – разность между соседними значениями силы тока, А; ∆U – разность между соседними значениями напряжения соответствующих силе тока, В.
Рисунок 4.5 - Зависимость динамического сопротивление диода 2Д213Б от силы тока при прямом включении
Рисунок 4.6 - Зависимость динамического сопротивление диода Д9 от силы тока при прямом включении
4.5 Выведем зависимость динамического сопротивления диодов от силы тока при их обратном включении (рис 4.7 и рис 4.8) по формуле (2).
Рисунок 4.7 - Зависимость динамического сопротивление диода 2Д213Б от силы тока при обратном включении
Рисунок 4.8 - Зависимость динамического сопротивление диода Д9 от силы тока при обратном включении
4.6 Полная схема замещения диода
Для оценки частотных свойств диода следуeт учитывать общую емкость диода СД, являющуюся суммой барьерной и диффузионной емкостей, а также сопротивления контактов. На рис. 4.9 приведена такая модель.
Рисунок 4.9 - Полная схема замещения диода
Здесь RД – нелинейное сопротивление перехода, Сбар – и Сдиф - нелинейные барьерная и диффузионная емкости перехода, R – сопротивления контактов. Наличие сопротивлений контактов сказывается на виде ВАХ в области прямых напряжений: характеристика располагается ниже прямой ветви ВАХ идеального p-n-перехода.
5. Определение КПД заданной цепи
5.1 Для цепи (рис 5.1), состоящей из последовательно соединенных источника напряжения с величиной электродвижущей силы (ЭДС) равной Ео, нагрузочного резистора Rн = 1 кОм и диода, рассчитать изменение коэффициента h полезного действия (КПД) такой цепи при изменении Е в диапазоне ±50% от величины Е0. Ток диода при Е = Е0 принять равным 2 мА. Сравнить полученные зависимости для германиевого и кремниевого диодов и объяснить их.
Рисунок 5.1 – Цепь для измерения КПД заданной цепи
Рассчитаем зависимость КПД цепи с диодами при изменении величины Е (рис. 5.2 и рис 5.3) по формуле (3):
КПД = Ен / Е0 (3)
где Ен= RI - напряжение на резисторе (произведение сопротивления нагрузки и силы тока), В; Е0= Uд+Uн - ЭДС источника (сумма напряжений на резисторе и диоде), В.
Рисунок 5.2 – Зависимость КПД цепи с диодом Д9 от изменения ЭДС (Е)
Рисунок 5.3 – Зависимость КПД цепи с диодом 2Д213Б от изменения ЭДС (Е)
5.2 Для цепи (см. рис. 5.1) при Е = Ео рассчитать и построить графики зависимостей величины h цепи от изменения сопротивления резистора R в диапазоне от 500 Ом до 1,5 кОм. Рассчитаем зависимость КПД цепи с диодами при изменении величины R (рис. 5.4 и рис 5.5) по формуле (3).
Рисунок 5.4 – Зависимость КПД цепи с диодом Д9 от изменения сопротивления нагрузки (R)
Рисунок 5.5 – Зависимость КПД цепи с диодом 2Д213Б от изменения сопротивления нагрузки (R)
6. Справочные данные на диоды Д213А, 2Д213Б, 2Д213В, 2Д213Г, КД213А, КД213Б, КД213В, КД213Г Диоды кремниевые диффузионные. Предназначены для преобразования переменного напряжения повышенной частоты в постоянное.
Выпускаются в метало - пластмассовом корпусе с гибкими выводами. Тип диода и схема соединения электродов с выводами приводятся на корпусе. Отрицательный электрод соединен с металлическим основанием корпуса. Масса диода не более 4 г.
Электрические параметры Постоянное прямое напряжение при Iпр = 10 А, не более: при 298 К 2Д213А, 2Д213В, КД213А, КД213В 1В 2Д213Б, 2Д213Г, КД213Б, КД213Г......... 1,2 В при Iпр = 5 А для 2Д213Б, 2Д213Г 1,0 В при 213 К 2Д213А, 2Д213В...................................... 1,5В 2Д213Б, 2Д213Г....................................... 1,7 B При 398 К (Iпр = 3 А для 2Д213А, 2Д213В и пр = 1 А для 2Д213Б, 2Д213Г) 1В Постоянный обратный ток при Uобр = Uобр.макс, более: от 213 до 298 К ....................................... 0,2 мА при 398 К 2Д213А, 2Д213В ..................................... 10 мА 2Д213Б, 2Д213Г . . ..................................... 25.мА Время восстановления обратного сопротивления при Iпр.и = 1 А, Uобр = 20 В, не более: 2Д213А, 2Д213В, КД213А, КД213В ...... 300 нc 2Д213Б, 2Д213Г, КД213Б, КД213Г........ 170 нc Емкость диода, не более: при Uo6p = 100 В..................................... 550 пФ при Uобр = 5В.......................................... 1600.пФ |
