Теорія електричних і електронних кіл (стр. 8 из 10)
1) Час встановлення прямої напруги на діоді (tуст ) – час, за який напруга на діоді при включенні прямого струму досягає свого стаціонарного значення із заданою точністю.
Цей час зв'язаний із швидкістю дифузії і полягає в зменшенні опору області бази за рахунок накопичення в ній неосновних носіїв заряду інжектіруємих емітером. Спочатку воно високо, оскільки мала концентрація носіїв заряду. Після подачі прямої напруги концентрація неосновних носіїв заряду в базі збільшується, це знижує прямий опір діода.
2) Час відновлення зворотного опору діода (tвосст.), визначається, як час, протягом якого зворотний струм діода після перемикання полярності прикладеної напруги з прямого на зворотне досягає свого стаціонарного значення із заданою точністю (рис.5.8) , звичайно 10% від максимального зворотного струму.
Цей час пов'язаний з розсмоктуванням з бази неосновних носіїв заряду накопичених при протіканні прямого струму. Воно складається з двох складових tвосст.= t1.+ t2., де t1. – час розсмоктування, за яке концентрація неосновних носіїв заряду на межі р-п переходу звертається в нуль; t2. – час розряду дифузійної місткості, зв'язаний розсмоктуванням неосновних зарядів в об'ме бази діода.
В цілому час відновлення цей час виключення діода.
Там, де потрібен малий час перемикання, використовують діоди Шотки. Вони мають перехід метал - напівпровідник, який володіє випрямним ефектом. Накопичення заряду в переході цього типа виражене слабо. Тому час перемикання може бути зменшений до значення близько 100 пс. Іншою особливістю цих діодів є мала (в порівнянні із звичайними кремнієвими діодами) пряма напруга, що становить близько 0,3 В.
Стабілітрони призначені для стабілізації напруги на навантаженні при зміні живлячої напруги або опору навантаження, для фіксації рівня напруги і т.д.
Для стабілітронів робочим є ділянка електричного пробою ВАХ у області зворотної напруги (рис. 5.9).
На цій ділянці напруга на діоді залишається практично постійною при зміні струму через діод.
Основні параметри стабілітрона:
номінальна напруга стабілізації Uст ном — напруга на стабілітроні в робочому режимі (при заданому струмі стабілізації);
мінімальний струм стабілізації Iст.min — найменше значення струму стабілізації, при якому режим пробою стійкий;
максимально допустимий струм стабілізації Iст.max — найбільший струм стабілізації, при якому нагрів стабілітронів не виходить за допустимі межі.
Диференціальний опір гст — відношення приросту напруги стабілізації що викликає приріст струму стабілізації: гст= Uст /Iст.
До параметрів стабілітронів також відносять максимально допустимий прямий струм Imax, максимально допустимий імпульсний струм Iпр.и max , максимально допустиму потужність Р max .
Варікап - напівпровідниковий діод, призначений для застосування як елемент з електрично-керованою місткістю. При збільшенні зворотної напруги місткість варікапа зменшується згідно із законом
де С(u) — місткість діода; С0 — місткість діода при нульовій зворотній напрузі; φк — контактна різниця потенціалів; — коефіцієнт, залежний типу варікапа (= 1/2÷1/З); U – зворотна напруга на варікапі. Варікап, призначений для множення частоти сигналу, називають варактором.
До основних параметрів варікапу відносять:
1. загальна місткість варікапа Св - місткість, зміряна при певній зворотній напрузі (вимірюється при U = 5В і складає десятки - сотні пФ);
2. коефіцієнт перекриття по місткості Кп = Св max/Св min — відношення місткостей варікапа при двох крайніх значеннях зворотної напруги (Кп=5-8 раз);
3. добротність варікапа Q=Хс/rп де Xc – реактивний опір варікапа; rп – опір активних втрат;
4. Iобр — постійний струм, що протікає через варікап у зворотному напрямі при заданій зворотній напрузі.
Тунельний діод має ВАХ (рис. 5.10.), яка містить ділянку з негативним диференціальним опором. Це дозволяє використовувати такий діод в підсилювачах і генераторах електричних коливань, а також в імпульсних пристроях.
Якість діода визначають протяжність і крутизна «падаючої» ділянки ВАХ. Частотні властивості діода, що працює при малих рівнях сигналу на ділянці з негативним диференціальним опором, визначаються параметрами елементів еквівалентної схеми (рис. 5.10). Активна складова повного опору має негативний знак аж до частоти fR=((rдиф/Rп)-1)1/2/(2rдифC) . Посилення і генерування коливань можливо на частотах, що не перевищують fR .
Основні параметри тунельного діода наступні:
¾ піковий струм Iп — прямий струм в точці максимуму ВАХ;
¾ струм западини IВ — прямий струм в точці мінімуму його характеристики;
¾ напруга піку Uп — пряма напруга, відповідна струму піку;
¾ напруга западини UВ — пряма напруга, відповідна струму западини;
¾ напруга розчину Up — пряма напруга, більша напруги западини, при якій струм рівний піковому.
5.4 Порядок виконання роботи
1. Підготувати для роботи стенд для зняття вольт-амперних характеристик (ВАХ) напівпровідникових приладів.
2. Встановити перемикач вибору досліджуваного діода в положення «Внешний».
3. Подключить одержаний у викладача напівпровідниковий діод до клем «Внешний» стенда.
4. встановити ручки регуляторів напруги стенду в крайнє ліве положення. Перемикач полярності включення діода в положення «Прямое». Включити стенд і змінюючи напругу на діоді зняти дані прямої гілки ВАХ досліджуваного діода. Результати вимірювання занести таблицю 5.1.
5. побудувати ВАХ прямої гілки діода. Розрахувати параметри діода (омічний опір, диференціальний опір).
таблиця 5.1 – Экспериментальные данные роботы № 5
| Зміряні дані | Розрахункові дані | Примітки | ||
| Величина прямої напруги Uпр, В | Величина прямого струму Iпр, мA | Омічний опір діода R0, Ом | Диференціальний опір діода Rдифф, Ом | |
| 0,1 | ||||
| 0,2 | ||||
| 0,3 | ||||
| 0,4 | ||||
| 0,5 | ||||
| 0,6 | ||||
| 0,7 | ||||
| 0,8 | ||||
| 0,9 | ||||
| 1,0 | ||||
6. встановити ручки регуляторів напруг стенду в крайнє ліве положення. Перемикач полярності включення діода в положення «Обратное». Включити стенд і змінюючи напругу на діоді зняти дані зворотної гілки ВАХ досліджуваного діода. Результати вимірювання занести таблицю 5.2.
таблиця 5.2 – Экспериментальные данные роботы № 4
| Зміряні дані | Розрахункові дані | Примітки | ||
| Величина зворотної напруги Uпр, В | Величина зворотного струму Iпр, мA | Омічний опір діода R0, Ом | Диференціальний опір діода Rдифф, Ом | |
| 1 | ||||
| 2 | ||||
| 3 | ||||
| 4 | ||||
| 5 | ||||
| 6 | ||||
| 7 | ||||
7. побудувати ВАХ прямої гілки діода. Розрахувати параметри діода (омічний опір, диференціальний опір).
8. встановити ручки регуляторів напруги стенду в крайнє ліве положення. Вимкнути живлення стенду.
5.5 Зміст звіту
До звіту заносять:
- тему і мету роботи;
- результати вимірювання струму і напруг на окремих ділянках ланцюгів досліджуваної схеми;
- розрахунки характеристик и параметрів діода;
- висновки.
5.6 Контрольні питання
1. Як виникає р-n перехід при ідеальному контакті напівпровідників з різним типом електропровідності.
2. Намалювати схему і пояснити спосіб зняття ВАХ діодів за допомогою амперметра і вольтметра.
3. Намалювати схему і пояснити спосіб зняття ВАХ діодів за допомогою осцилографа.
4. Пояснити роботу р-n переходу при прямому і зворотному включенні.
5. Чим відрізняються ВАХ ідеального р-n переходу і реального діода.
6. Дати визначення диференціального опору діода і пояснити графічно спосіб його визначення.
7. Записати рівняння ВАХ випрямного діода, графік ВАХ і його пояснення.
8. Намалювати ВАХ стабілітрона і визначити робочу ділянку ВАХ при стабілізації напруги.
9. Чому величина бар'єрної місткості залежить від прикладеної напруги?
10. Яка фізична природа дифузійної місткості р-п переходу?
11. Перерахувати основні параметри діодів.
Дослідження характеристик ліній з розподіленими параметрами
6.1 Мета роботи:
одержати навики дослідження ліній з розподіленими параметрами в різних режимах роботи.
6.2 Зміст роботи:
провести необхідні дослідження з використанням вимірювальної лінії для визначення характеристик лінії з розподіленими параметрами.
6.3 Короткі теоретичні відомості:
У попередніх лабораторних роботах розглядалися електричні ланцюги, геометричні розміри яких, а також вхідних в них елементів не грали ролі, тобто електричні і магнітні поля були локалізовані відповідно в межах конденсатора і котушки індуктивності, а втрати потужності — в резисторі. Проте на практиці часто доводиться мати справу з ланцюгами (лінії електропередачі, передачі інформації і т.д.), де електромагнітне поле і втрати рівномірно або нерівномірно розподілені уздовж всього ланцюга. В результаті напруги і струми на різних ділянках навіть нерозгалуженого ланцюга відрізняються один від одного, тобто є функціями двох незалежних змінних: часу t і просторової координати x. Такі ланцюги називаються ланцюгами з розподіленими параметрами. Сенс даної назви полягає в тому, що у ланцюгів даного класу кожен нескінченно малий елемент їх довжини характеризується опором, індуктивністю, а між дротами — відповідно ємністю і провідністю. Тобто — якщо довжина лінії (ланцюги) і довжина хвилі сигналу, який передається по цьому ланцюгу, приблизно рівні, то вважається, що така лінія має розподілені параметри і називається довгою лінією.