Измерение напряжения и вычисление тока через диод
Тема: Исследование выпрямительного диода
Цель:
1.Исследование напряжения и тока диода при прямом и обратном смещении р-п перехода.
2.Построение и исследование вольтамперной характеристики (ВАХ) для полупроводникового диода.
3.Исследование сопротивления диода при прямом и обратном смещении по вольтамперной характеристике.
Приборы и элементы:
Персональный компьютер, программа эмулятор Electronics Workbench.
Литература
Гершунский Б.С. «Основы электроники и микроэлектроники», стр.89-92.
Краткие теоретические сведения
В выпрямителях переменного тока наибольшее применение находят германиевые и кремниевые полупроводниковые диоды. Основными методами получения р-п переходов для выпрямительных диодов являются сплавление и диффузия.
Работа полупроводникового выпрямительного диода основана на свойстве р-п перехода пропускать ток только в одном направлении.
Основной характеристикой полупроводниковых диодов является вольтамперная характеристика (ВАХ).
Вольтамперную характеристику диода или любого другого нелинейного двухполюсника можно снять с помощью мультиметра (тестера). Ток диода при этом можно вычислить из выражения:
Iпр=(E – Uпр)/R, (1)
где - Iпр- ток диода в прямом направлении,
E –напряжение источника питания,
Uпр–напряжение на диоде в прямом направлении.
Изменив полярность включения диода в той же схеме рис.1, можно снять ВАХ диода по той же методике и в обратном направлении:
Iобр=(E-Uобр)/R, (2)
где Iобр –ток диода в обратном направлении,
Uобр – напряжение на диоде в обратном направлении
Основной характеристикой диода служит его вольтамперная характеристика, вид которой совпадает с видом характеристики р-n-перехода. Вольтамперная характеристика диода существенно зависит от температуры окружающей среды, с повышением которой прямой ток диода при одном и том же напряжении может увеличиться в несколько раз. При заданном прямом токе с увеличением температуры снижается прямое напряжение между электродами диода. Существенным образом влияет температура окружающей среды и на обратный ток, который тоже возрастает с увеличением температуры. При увеличении температуры окружающей среды выше определенного значения уже при небольших обратных напряжениях развивается тепловой пробой р-n-перехода и диод выходит из строя. Работоспособность германиевых диодов теряется при температуре около 70° С, а кремниевых – при 200° С. Высокая термическая устойчивость кремния – важнейшее его преимущество по сравнению с другими полупроводниковыми материалами. Кремниевые диоды допускают плотность тока в прямом направлении 10 А/мм2 и более, что позволяет изготовлять мощные полупроводниковые устройства с относительно небольшими массами и габаритами.
Если положительный вывод омметра соединен с анодом диода, а отрицательный вывод с катодом, то диод смещен в прямом направлении. В этом случае через диод идет ток, и омметр показывает низкое сопротивление. Если выводы омметра поменять местами, то диод будет смещен в обратном направлении, через него будет идти маленький ток, и омметр покажет высокое сопротивление. Если сопротивление диода низкое в прямом и обратном направлениях, то он, вероятно, закорочен. Если диод имеет высокое сопротивление в прямом и обратном направлениях, то в нем, вероятно, разорвана цепь.
Из-за нелинейности диода его нельзя характеризовать величиной сопротивления, как линейный резистор. Отношение напряжения на диоде к току через него U/I, называемое статическим сопротивлением, зависит от величины тока. В ряде применений на существенную постоянную составляющую тока диода накладывается небольшая переменная составляющая. В этом случае интерес представление дифференциальное (или динамическое) сопротивление rдиф = ΔU/ΔI. Величина динамического сопротивления зависит от постоянной составляющей тока диода, определяющей рабочую точку на характеристике.
Порядок выполнения работы
Измерение напряжения и вычисление тока через диод
Начать работу нужно с включения компьютера. На ”Рабочем столе” найти ярлык программы Electronics Workbench, двойным щелчком левой клавишей мыши открыть ее.
Откройте папку №1, в ней файл 1_1(рис.1) и включите схему нажатием клавиши «Пуск» . Мультиметр покажет напряжение на диоде Uпр при прямом смещении. Отключить схему. Включить диод в обратном направлении: сначала отсоедините его от схемы, выделите его нажатием левой кнопки мыши, затем, найдя на панели инструментов значок ,нажмите на него левой клавишей мыши, диод изменит
Рисунок 1 – Схема исследования выпрямительного диода, включенного в прямом направлении
положение. Снова запустите схему. Теперь мультиметр покажет напряжение на диоде Uоб при обратном смещении. Запишите показания в таблицу №1. Вычислите ток диода при прямом Iпр и обратном Iобр смещении согласно формулам (1) и (2).
Таблица 1 – Результаты исследования выпрямительного диода, включенного в прямом направлении.
Измерено
| Рассчитано
| Uпр
| Uобр
| Iпр
| Iобр
| | | | |
Измерение тока
Откройте файл 1_1 (рис.2) и включите схему. Мультиметр покажет ток диода Iпр при прямом смещении. Как и в предыдущем пункте, включите диод в обратном направлении и снова запустите схему. Теперь мультиметр покажет ток диода при обратном смещении. Запишите показания в таблицу 2.
Рисунок 2 –Схема исследования выпрямительного диода, при измерении тока
Таблица 2 -Результаты исследования выпрямительного диода
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|