Применение полупроводниковых диодов и стабилитронов

Министерство образования и науки РФ

Дальневосточный Государственный Технический Университет

(ДВПИ им. Куйбышева)

Институт Радиоэлектроники Информатики и Электротехники

ЭЛЕКТРОНИКА

«ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ И СТАБИЛИТРОНОВ»

Владивосток

2010 г.

Цель работы: знакомство с некоторыми, наиболее распространенными, схемами применения диодов и стабилитронов, особенностями этих схем и областями их применения.

1. Для исследования взят диод: BY228. Снятие характеристик проводилось по схеме, представленной на рис.2.1.

Рис. 2.1. Однополупериодная (а) и мостовая (б) схемы выпрямителей

а) б)

Рис. 2.2. Осциллограммы входного (10 В) и выходного напряжений однополупериодной (а) и мостовой (б) схем выпрямителей на частоте 5 кГц

При работе однополупериодной схемы выходное напряжение повторяет входное только в положительные полупериоды (рис.2.2.а), в которые диод D1 (рис.2.1а) открыт. При работе мостовой схемы (рис.2.2.б) выходное напряжение повторяет входное в положительные полупериоды, когда открыты диоды D1 и D3, и равно модулю входного отрицательного напряжения, когда открыты диоды D2 и D4 (рис.2.1.б).

В обоих случаях амплитуда выходного напряжения меньше амплитуды входного на величину падения напряжения на одном открытом диоде D1 для схемы рис.2.1а, и величину суммы падений напряжений на диодах D1 и D3 или D1 и D3 для схемы рис.2.1б.

а) б)

Рис. 2.3. Осциллограммы входного (10 В) и выходного напряжений однополупериодной (а) и мостовой (б) схем выпрямителей на частоте 50 кГц

При работе выпрямителя на частотах, которые превышают предельное значение паспортной частоты, сказывается влияние собственной проходной емкости диода. Так, на рис. 2.3.а видны отрицательные выбросы напряжения в интервалы времени, когда диод D1 (рис. 2.1.а) заперт. В это время диод начинает работать как емкость дифференцирующей цепи (с сопротивлением нагрузки).

При работе мостового выпрямителя существенных изменений, кроме повышения уровня минимального напряжения, не наблюдается – возможно, данная модель диода ведет себя неадекватно или некорректна схема рис.2.1 (нет общего провода с выхода на осциллограф с нагрузки выпрямителя).

а) б)

Рис. 2.4. Осциллограммы входного (60 В) и выходного напряжений однополупериодной (а) и мостовой (б) схем выпрямителей на частоте 5 кГц

На рис.2.4 показаны осциллограммы напряжений при превышении входного напряжения величины пробивного напряжения (50В) диода.

Для однополупериодной схемы (рис. 2.4а) в момент превышения обратного напряжения значения 50В образуется отрицательный выброс, повторяющий форму входного напряжения в интервале после 50В. Это вызовет необратимый тепловой пробой диода и приведет к выходу его из строя.

Для мостовой схемы наблюдается снижение выходного напряжения в моменты превышения входным напряжением предельного значения для диода. При меньших входных напряжениях наблюдаются переходные неустойчивые процессы, говорящие о неадекватной работе диодов в этом режиме.

Рис. 2.5. Осциллограммы входного (10 В) и выходного напряжений на частоте 5 кГц схем выпрямителей: однополупериодной (а) при сопротивлении нагрузки R=100кОм; и мостовой (б) при сопротивлении нагрузки R=1МОм

При увеличении сопротивления нагрузки (с 1 кОм до 100 кОм) начинает влиять проходная емкость диода, сопротивление переменному току которой становится соизмеримым с сопротивлением нагрузке. Аналогично процессу, показанному на рис. 2.3а, появляется выброс отрицательного напряжения на выходе выпрямителя (рис. 2.5а).

При моделировании работы мостовой схемы эффект изменения работы проявляется при больших значениях сопротивления нагрузки (R=1МОм), и выражается в увеличении минимальных значений выходного напряжения (рис. 2.5б)

2. Исследование применения диодов в качестве ограничителей производилось по схемам, изображенным на рис.2.6. Полученные осциллограммы работы приведены на рис.2.7.

Рис. 2.6. Диодные ограничители:

а, б – односторонние ограничители, в – двухсторонние ограничители

Рис. 2.7. Осциллограммы входного (15 В) и выходного напряжений ограничителей:

а, б – односторонние ограничители, в – двухсторонний ограничитель

Величина выходного напряжения схемы (рис. 2.7а) ограничена напряжением:

· Uа, равным сумме напряжения опорного источника (5 В) и напряжения падения на открытом диоде U=1,5В;

· Uб, равным сумме текущего напряжения на делителе (1,7 – 5,0В) и напряжения падения на открытом диоде U=1,5В;

· Uв, равным напряжению падения на открытых диодах U=±1,5В.

3. Исследование применения стабилитронов производилось по схемам, изображенным на рис. 2.8. Полученные данные о выходных и выходных напряжениях схем сведены в табл. 2.1 и табл. 2.2, их зависимости друг от друга показаны на графике.

Таблица 2.1

Зависимость выходного напряжения U2 от входного U1 (схема рис. 2.6а)

Таблица 2.2

Зависимость выходного напряжения U2 от входного U1 (схема рис. 2.6б)

Выводы

В результате проделанной работы с использованием средств моделирования программного комплекса «Electronics Workbench» исследованы области применения полупроводникового диода BY228 и полупроводникового стабилитрона 1N4733. Сняты осциллограммы и проведено сравнение характера изменения выходных напряжений от входных. С помощью MS Excel 2003 построены графические зависимости напряжений в схемах стабилизаторов.