ЛЕКЦИЯ- ПЭ № 5 От 27.10. и 18.11. 2016 г (должна 4.11)
Основные полупроводниковые приборы на основе Р- N перехода и их значение в электронике
Выпрямительные диоды , основные схемы выпрямления: их свойства и применение в электронике.
2. Стабилитроны, варикапы и туннельные диоды.
Тиристоры и их применение в электронике.
Билеты № 13, 14, 15.
1
Ранее отмечалась сильная зависимость полупроводниковых МЭТ от различ-ных физических факторов (эл.поля, освещенности, температуры, давления и т.д.), обусловила создание огромной номенклатуры полупроводниковых приборов (диодов, тиристоров, фотодиодов, варисторов, и т. д), использующих указанные физические факторы.
В настоящей лекции дадим краткий обзор этих приборов.
Выпрямительные диоды и основные схемы выпрямления
Вся известная аппаратура питается от напряжения постоянного тока, а основной источник энергии – это промышленная сеть переменного (синусоидального) тока.
Поэтому роль выпрямительных диодов велика в их широком применении в выпрямителях переменного напряжения в постоянный разнообразной силовой и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). В основном применяются сплавные диффузионные кремниевые и германиевые диоды.
При этом германиевые диоды рассчитаны на работу с малыми (менее 300 мА) и средними ( 0,3-10 А) выпрямленными токами I 0 а также с малыми обратными напряжениями U обр до 50-400В , а кремниевые – средними и большими (более 10 А) и U обр до 1000В.
Величины I 0 и U обр – основные параметры этих диодов, так как I 0 – это нагрузочный ток выпрямителя, а U обр – это напряжение на диоде в отрицательный полупериод выпрямляемого sin -напряжения.
Основные (базовые) схемы выпрямления
Однополупериодный выпрямитель
Простейший выпрямитель (напр. в простейших китайских «адаптерах» без сглаживающего конденсатора) - это т.н. однополупериодная схема выпрямле-ния (рисунок 1).
Для этого выпрямителя получены следующие соотношения, которые будут положены в основу последующих схем.
U вых = U 0 ≈ 0,45 U вх ; U обр = U обр. макс. ≈ 3,14 U 0 ; I д макс = 3,14 I 0 ;
Кп = Um вх / U 0 = 1,57, где
U вх – действующее значение входного напряжения и Um вх – его амплитуда;
U 0 , I 0 - средние значения выпрямленных напряжения и тока;
U обр - обратное максимальное напряжение на диоде в отрицательный полу-период входного напряжения;
Кп – коэффициент пульсаций;
I д макс – максимальная амплитуда тока на диоде при выпрямлении.
Мостовая схема выпрямителя (имеет наибольшее применение)
У этой схемы такие же значения U 0 и Кп, что и в предыдущей, но зато U обр ≈ 1,57 U 0 в два раза меньше. Кроме того, в ней вторичная обмотка трансформатора содержит вдвое меньше витков, чем в предыдущей схеме.
Стабилитроны
Стабилитрон – это п-проводниковый диод, у которого пробойный участок обратной ветви ВАХ используется для стабилизации выпрямленного напряжения. Включается он в обратном направлении.
Диапазон тока 1-2 обратно включенного диода является рабочим участком стабилитрона, в области которого напряжение на диоде не зависит от тока и является стабилизирующим напряжением.
Принцип работы: при изменении напряжения 
на величину 
ток диода на участке 1-2 изменяется соответственно на величину 
, где
– номинальный ток стабилитрона, указываемый в справочниках.
Варикапы
Варикап – это п-проводниковый диод, у которого ширина обратно смещенного Р- N перехода используется как управляемая емкость.
Особенности туннельного диода (ТД) и принцип работы
ТД - это т.н.вырожденный ПП-прибор с очень узким P-N переходом ( 5-15 нм) , в котором очень высокая концентрация примесей ( ≈1024 1/м3) и очень большая напряженность эл. поля (Е ≈ 108 В/м) . Его св-ва становятся почти как у металлов с перекрытием ВЗ и ЗП. Однако, процесс возникает другой: в этих условиях даже в отсутствие внешнего напряжения резко акти-визируется процесс «туннелирования» валентных электронов из n -области в р-область, а валентных электронов из р-области в п-об-ласть ,т.е. в переходе возникает равновесный встречный туннельный ток с результативным током, равным нулю!
Такое равновесие можно нарушить подачей напряжения, а именно:
При обратном и небольшом прямом напряжениях одна из составляющих тока начинает преобладать и образует ток туннельного эффекта (участок АОБ на ВАХ).
В максимальной точке Б ВАХ электроны с n-стороны достигают всех вакантных состояний на p-стороне и дальнейший рост числа туннелирую-щих электронов не приводит к перемещению их через барьер из-за отсут-ствия нужных энергетических уровней, и в результате ток уменьшается практически до нуля (участок Б-В). По мере дальнейшего повышения прямого напряжения туннельный эффект полностью прекращается и p-n переход приобретает свойства обычного диода (участок ВГ ВАХ).
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 13
1. Операционный усилитель: определение, функциональная схема, обозначения, инвертирующий и неинвертирующий входы. Основные практические схемы.
2. Задача на определение параметров интегрирующей R - C цепи: определить длительность импульсов на выходе интегрирующей R-C цепи и величину емкости C, если на вход цепи поступает однополяр-ный прямоугольный импульс длительностью 1 мкс. Принять R=1кОм; RC =10 t и вх ( рис. ниже) (Ответ: t и вых = 31 мкс).
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 14
1. Дифференциальный усилитель - основной входной каскад опера-ционного усилителя. Принцип его работы.
2.Задача на определение параметров дифференцирующей цепи: определить длительность выходного прямоугольного импульса (в мкс) на выходе дифференцирующей CR-цепи, если она подключе-на к генератору ЭДС Ег с внутренним сопротивлением Rг. Принять tu вх = 10( R г + R )∙ C 1 = 1мкс. Внутреннее сопротивление генератора принять равным 100 ом. Емкость конденсатора 100 пФ. ( рис. ниже). (Ответ: tu вых = 0,3 мкс).
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 15
1. Основной. признак в классификации МЭТ по электропроводности в теории твердого тела.
2. Задача на определение массы алюминия для проводов двухпро-водной линии.
От генератора переменного тока с ЭДС Е = 250 В и внутренним со-противлением r = 0,1 Ом необходимо протянуть к потребителю двух-проводную линию длиной 100 м. Какая масса алюминия потребуется на изготовление подводящих проводов, если максимальная мощ-ность потребителя 22 кВт и он рассчитан на напряжение 220 В. Принять удельное сопротивление алюминия ρ = 2,8∙ 10-2 Ом∙ мм2 / м = 2,8∙10-8 Ом∙м, а плотность алюминия d = 2,7∙103 кг/м3.
(Ответ: m = 15 кг)
Следующая лекция будет посвящена фото и свето- П-пр приборам а также остальным приборам без P - N перехода, использующим непосредственно физические св-ва полупроводниковых МЭТ. Подробная информация по теме лекций дается в нижеуказанном учебном пособии.
Тихонов А. И. Информационно-измерительная техника и электроника: учеб. пособие по курсу лекций / А. И. Тихонов. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. – 312 с. [ В библ.173 экз.].
В заключение лекции для ее закрепления предлагается небольшой видеофайл о тиристоре .
Благодарю за внимание!
ЛЕКЦИЯ- ПЭ № 5 От 27.10. и 18.11. 2016 г (должна 4.11)
Дата: 2018-12-28, просмотров: 351.
