Физические основы электроники. Полупроводниковые диоды

Министерство Российской Федерации

по связи и информатизации

Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики

,

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

Методические указания

к лабораторным работам

Новосибирск 2001

УДК 621.38(075.8)

Ктн, доц. ,

ктн, доц. .

В методических указаниях рассмотрены краткие правила по технике безопасности и общие правила выполнения лабораторных работ, приведены описания двух лабораторных работ по курсам ²Физические основы электроники², ” Электротехника и электроника ”, раздел ²Полупроводниковые диоды², даны указания студентам по выполнению этих работ и по оформлению результатов исследований. Приведены также методические указания к выполнению домашнего задания на тему ²Выбор полупроводниковых диодов.²

Для студентов дневной и заочной форм обучения специальностей 071700.

Кафедра технической электроники.

Ил. 12, табл. 6, список лит. 4 назв.

Рецензент ктн, доцент

Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ в качестве

методических указаний.

[нет1] 

@ Сибирский государственный

университет телекоммуникаций

и информатики, 2001 г.

[нет2] 

1. КРАТКИЕ ПРАВИЛА ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ.

1.1.Занятия в лаборатории разрешаются только в присутствии преподавателя.

1.2. Лица, допущенные к выполнению лабораторных работ, должны знать порядок включения стенда и место расположения ГЛАВНОГО РУБИЛЬНИКА.

1.3. Включение источников питания осуществляется только после проверки схемы преподавателем или лаборантом.

1.4. В ходе выполнения работы не прикасаться к открытым токонесущим деталям стенда: клеммам, наконечникам проводов и пр.

1.5. Все изменения в схеме проводить только после снятия напряжения.

1.6. Наличие напряжения в цепи проверять только прибором.

1.7. При обнаружении неисправностей: напряжение на корпусе прибора, короткого замыкания, чрезмерного нагрева и т. п., нужно выключить лабораторный стенд и обратиться к преподавателю. В случае, если отключения стенда оказалось недостаточно для устранения неисправности, а также при попадании студентов под напряжение, находящийся рядом студент должен выключить ГЛАВНЫЙ РУБИЛЬНИК, снимающий напряжение сети сразу со всего оборудования лаборатории.

1.8. Все работы, связанные с ремонтом стенда и измерительной аппаратуры, производятся только лаборантским составом.

1.9. ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

- вскрывать макеты и измерительную аппаратуру;

- переносить приборы с одного стенда на другой без разрешения

преподавателя;

- без разрешения преподавателя выполнять измерения сверх тех пунктов, которые описаны в методическом пособии к данной работе.

2. ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ.

2.1. Подготовка к работе.

Подготовка к выполнению лабораторной работы включает:

а) ознакомление с описанием работы;

б) изучение вопросов курса, указанных в описании, по одному из рекомендованных литературных источников и по конспекту лекций;

в) подготовку бланка отчета.

Выполнив указанные пункты, студент должен знать схемы исследования, предполагаемый вид графиков, которые предстоит снять экспериментально, и уметь ответить на контрольные вопросы.

Предварительная подготовка бланка отчета позволяет в процессе выполнения работы записывать показания приборов непосредственно в таблицы отчета и строить по ним графики.

Бланк отчета начинается с титульного листа, который должен быть написан по следующей форме:

CибГУТИ

Лаборатория электронных приборов

Отчет по работе №1

²Исследование статических характеристик и параметров полупроводниковых диодов²

Составил студент гр. Р-71

Проверил доц.

Далее необходимо изобразить схему исследования, схему соединения электродов исследуемого электронного прибора с внешними выводами и заготовить таблицы для записи результатов измерений. Примеры выполнения таблиц даны в каждой лабораторной работе.

Перед построением таблицы не следует полностью переписывать соответствующий пункт задания. Достаточно указать номер выполняемого пункта (по описанию работы), написать название выполняемого пункта и записать функциональную зависимость (если она имеется в задании).

Отчет необходимо выполнять на бумаге "в клетку", так как при этом облегчается вычерчивание схем, таблиц и графиков. Записи в отчете должны быть сделаны аккуратно. Схемы, таблицы и координатные оси следует чертить по линейке.

3. РАБОТА В ЛАБОРАТОРИИ

Лабораторные работы проводятся фронтально, т. е. все студенты учебной группы выполняют одну и ту же работу бригадами в составе не более двух человек. Рабочим местом для выполнения лабораторных работ бригадой студентов является лабораторный стенд.

Перед выполнением лабораторной работы каждый студент должен предъявить подготовленный бланк отчета и получить допуск по предстоящей работе.

При выполнении лабораторной работы схема исследования может быть дана в готовом виде или она должна быть собрана студентами.

Если схема дана в готовом виде, то перед началом исследования необходимо тщательно ознакомиться с ней, определив назначение каждого элемента схемы (измерительных приборов, источников питания, резисторов и др.). Особое внимание следует обратить на выбор пределов измерения приборов в соответствии с ожидаемыми величинами токов и напряжений в схеме.

В большинстве лабораторных работ от студента требуется умение самостоятельно собрать схему исследования. Для этого в начале следует определить, какие именно измерительные приборы и источники питания из имеющихся на лабораторном стенде будут использованы в той или иной цепи схемы исследования. Затем производится сборка схемы на лабораторном стенде с помощью гибких проводников.

Собранная схема перед включением должна быть обязательно проверена

преподавателем.

В процессе выполнения пунктов задания к лабораторной работе студенты обязаны контролировать совпадение полученных результатов с ожидаемыми и предъявлять их для проверки преподавателю.

По окончании работы необходимо выключить стенд, разобрать схему исследования (если она не давалась в готовом виде) и привести в порядок рабочее место.

4. ОТЧЕТ ПО РАБОТЕ

Так как заполнение таблиц бланка отчета производится в процессе выполнения работы, то оформление отчета включает в себя: построение графиков и осциллограмм, расчет необходимых величин и выводы по работе. Оформление отчета производится в соответствии с разделом «Указания к составлению отчета», имеющимся в описании каждой лабораторной работы.

При записи электрических величин (в таблицах, на осях координат и др.) кроме их обозначений необходимо написать единицы измерения, например: UKЭ, В; IK, мА; R1, Ом.

При построении графиков следует рационально выбирать масштабы по координатным осям, так чтобы наиболее полно использовать всю площадь графика. Цифры масштаба должны быть расставлены вдоль координатных осей через равные промежутки. На график необходимо наносить реальные значения величин (четко обозначенные точки), полученные в результате эксперимента. Результирующая кривая, построенная по этим точкам, должна иметь монотонный характер и проходить через большинство точек, но необязательно через каждую точку. Общий вид кривой должен соответствовать реальной характеристике исследуемого прибора.

При выполнении числовых расчетов надо написать формулу, сделать численную подстановку и произвести вычисления, а не писать сразу готовый результат, например:

Оформление отчета и его защита производится индивидуально каждым студентом в часы, отведенные на выполнение данной работы. Как исключение, допускается защита лабораторных работ на консультации для отстающих студентов. До начала следующей работы должны быть защищены все выполненные ранее лабораторные работы.

Лабораторная работа №1

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

И ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

1. Цель работы

Изучить устройство полупроводникового диода, физические процессы, происходящие в нем, характеристики, параметры, а также типы и применение полупроводниковых диодов.

2.Подготовка к работе

2.1. Изучить следующие вопросы курса:

2.1.1. Электрические свойства полупроводников. Собственные и примесные полупроводники.

2.1.2. Электронно-дырочный переход, его характеристики и параметры. Прямое и обратное включение p-n перехода.

2.1.3. Вольтамперные характеристики и параметры полупроводниковых диодов.

2.1.4. Влияние температуры на характеристики и параметры диодов.

2.1.5. Типы полупроводниковых диодов, их особенности и характеристики. Применение.

2.2. Ответить на следующие контрольные вопросы:

2.2.1. Что такое собственная и примесная проводимость полупроводника?

2.2.2. Объяснить образование электронно-дырочного перехода.

2.2.3. Что такое контактная разность потенциалов? Как она образуется?

2.2.4. Чем определяется толщина p-n перехода?

2.2.5. Нарисовать потенциальную диаграмму p-n перехода при включении его в прямом и обратном направлениях?

2.2.6. Привести классификацию и пояснить систему обозначений полупроводниковых диодов.

2.2.7. Рассказать об особенностях устройства выпрямительных и высокочастотных диодов.

2.2.8. Сравнить теоретическую и реальную вольтамперную характеристики диода.

2.2.9. Сравнить вольтамперные характеристики диодов, изготовленных из Ge, Si и Ga As.

2.2.10. Нарисовать и объяснить характеристику стабилитрона. Показать на ней рабочий участок.

2.2.11. Нарисовать и объяснить вольтамперные характеристики диода для двух различных значений температуры.

2.2.12. Нарисовать и объяснить вольтамперные характеристики диода; указать участки, которые соответствуют состоянию электрического и теплового пробоя.

2.2.13. Перечислить основные параметры полупроводниковых диодов

( номинальные и предельные).

2.2.13. Дать определение дифференциальных параметров и пояснить их

физический смысл.

2.2.14. Что такое барьерная и диффузионная емкости диода? Дать

определение.

2.2.15. Объяснить принцип действия и особенности применения

полупроводниковых диодов различных типов: выпрямительных, высокочастотных, импульсных, стабилитронов, варикапов.

2.2.16. Нарисовать условные обозначения выпрямительных диодов,

стабилитронов, варикапов и схемы их включения.

2.2.17. Какими способами можно увеличить допустимую мощность,

рассеиваемую диодом?

Литература

1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. /Под редакцией - М: Радио и связь, 1998. Стр. 11-66.

2. Электронные приборы. /Под редакцией - М.: Энергоатомиздат, 1989. Стр. 12-43, 54-88, 97-129.

3. Батушев приборы. - М.: Высшая школа, 1980. Стр. 29-85.

4. Справочники по полупроводниковым диодам.

5. Конспект лекций.

3. Схема исследования

На рисунке 1.1 и 1.2 приведены схемы для снятия вольтамперных характеристик диода. Необходимость использования двух схем для снятия прямой и обратной ветвей вольтамперной характеристики вызвана тем, что напряжение на диоде при прямом включении значительно меньше, чем при обратном. Поэтому используются разные источники напряжения G1 и G2 для снятия прямой и обратной ветвей вольтамперной характеристики. Для ограничения резкого изменения тока последовательно с источниками включен резистор R1.

Рисунок 1.1.

Рисунок 1.2.

Отличие схем состоит также в том, что в первой схеме вольтметр подключен параллельно диоду, а во второй - источнику. Подключать вольтметр непосредственно к диоду во второй схеме не следует, так как ток, протекающий через вольтметр, соизмерим с обратным током диода и микроамперметр будет показывать сумму токов диода и вольтметра, давая большую погрешность.

Пределы измерения приборов следует выбирать с учетом максимально допустимых параметров исследуемых диодов.

На рисунке 1.3 приведена схема исследования диода на переменном токе. Источником переменного тока является генератор G~, в качестве которого используется генератор Г3-111 или подобный. Форму подводимого напряжения, напряжения на диоде и на нагрузке наблюдают с помощью осциллографа.

Рисунок 1.3.

4. Задание к работе в лаборатории.

4.1 Выписать из справочника максимально допустимые параметры диодов IПР МАКС, UОБР МАКС, исследуемых в лаборатории, и занести их в таблицы 1 и 2, а также параметры стабилитрона UСТ и IСТ МАКС, которые следует занести в таблицу 3.

4.2. Собрать схему для снятия вольтамперных характеристик диодов при прямом включении (рисунок 1.1). Пределы приборов рV1- в зависимости от типа диодов установить 0,5¸1 B, а pA1 - чтобы не превышал 0,5× IПР МАКС.

4.3. Последовательно снять вольтамперные характеристики предложенных диодов. Результаты занести в таблицу 1. Пример таблицы приведен ниже.

Таблица 1а. Диод... (Ge) IПР МАКС=... мА

UПР, В	0-0,1	0,15	0,2
IПР, мА	0

Таблица 1б. Диод ... (Si) IПР МАКС=... мА

UПР, В
IПР, мА

Таблица 1в. Стабилитрон... (Si) IПР МАКС=... мА

UПР, В
IПР, мА

4.4. Собрать схему для снятия вольтамперных характеристик диодов при обратном включении (рисунок 1.2.). Предел миллиамперметра pA1 установить 0,1 мА, а вольтметра pV1 - чтобы не превышал 0,5×UОБР МАКС, но не более 50 В.

4.5. Снять вольтамперные характеристики германиевого и кремниевого диодов, результаты измерений занести в таблицу 2.

Таблица 2а. Диод... UОБР МАКС= ... В

UОБР, В	0	1	2	5	10	15	20
IОБР, мкА

Таблица 2б. Диод ... UОБР МАКС=... В

UОБР, В
IОБР, мкА

4.6. Снять вольтамперную характеристику кремниевого стабилитрона. Для этого предел миллиамперметра pA1 установить 20-50 мА. Результаты занести в таблицу 3. Пример таблицы приведен ниже.

Таблица 3. Стабилитрон... UСТ=... В, IСТ МАКС=... мА

UОБР, В
IОБР, мА

4.7.Исследоать германиевый диод на переменном токе. Для этого собрать схему (рисунок 1.3).

4.8. Зарисовать осциллограммы:

а) подводимого переменного напряжения от генератора U(t),

б) напряжения на диоде UD(t),

в) напряжения на нагрузке UR(t).

5. Указания к составлению отчета.

5.1. Привести схемы исследования полупроводниковых диодов.

5.2. Привести параметры, исследуемых диодов, взятые из справочника.

5.3. Привести таблицы с результатами измерений.

5.4. На графике №1 построить вольтамперные характеристики германиевого и кремниевого диодов, используя различный масштаб по осям напряжения и тока для прямого и обратного включений.

5.5. Рассчитать прямое сопротивление диодов по постоянному току при токе 10 мА и обратное сопротивление при напряжении 10 В. Сравнить сопротивления диодов при прямом и обратном включениях.

5.6. На графике №2 построить вольтамперные характеристики кремниевого стабилитрона. Указать участок стабилизации.

5.7. Привести осциллограммы подводимого напряжения, напряжений на диоде и на нагрузке. Осциллограммы строятся одна под другой с соблюдением масштаба времени.

Лабораторная работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

1. Цель работы

Используя математическую модель диода исследовать влияние параметров модели и температуры на характеристики диодов.

2. Подготовка к работе

При подготовке к работе изучить вопросы, указанные в разделе 2 лабораторной работы № 1.

3. Содержание работы.

В этом разделе изучается влияние температуры и материала на вольт - амперную характеристику полупроводниковых диодов. Изучение производится без использования реальных диодов, а по их математическим моделям

, (1)

где I0 - тепловой ток, в основном зависящий от температуры и ширины запрещенной зоны исходного полупроводника, m - коэффициент, зависящий от материала и технологии изготовления диодов.

Вольтамперные характеристики модели, рассчитанные по формуле (1) , достаточно хорошо совпадают с характеристиками реальных диодов при подстановке соответствующих I0 и m.

Исследование модели диода выполняется на ЭВМ, в программу работы которой заложена формула (1).

По заданию студента ЭВМ рассчитывает характеристики модели диода для заданной температуры и ширины запрещенной зоны полупроводника.

По результатам расчета на экране монитора строится график, что позволяет после изменения того или иного параметра модели (DW и T) увидеть результаты этого изменения.

Сразу после запуска программы на экране монитора изображается две шкалы параметров в виде :

Т0, С = 9 10 ´ 10.

DW, Эв = 0.7; 1.1; 1.4.

Одновременно выводится график ВАХ для параметров модели, подсвеченных на шкалах Т и DW. Изменение этих параметров осуществляется нажатием клавиш ® , , при этом на шкале отмечается соответственно очередное правое или левое значение параметра. Для того, чтобы перейти к другой шкале необходимо пользоваться клавишами ­и ¯. Следует обратить внимание, что при изменении температуры изменяется множитель по оси обратного тока.

4. Задание к работе в лаборатории

1.На экране монитора получить вольтамперные характеристики диодов, выполненных из различных материалов для различных температур. Для одной из температур (по указанию преподавателя) зарисовать ВАХ всех трех диодов на одном графике.

Примечание 1. Так как обратные токи могут отличаться в 1000 раз и более, то по оси I ОБР необходимо использовать логарифмический масштаб (рисунок 2.1). Такой же масштаб следует использовать при построении графиков IОБР=f(T0) ( смотри пункт 2 отчета).

2. Для различных диодов исследовать зависимость напряжения пробоя от температуры UПРОБ = f( T ). Результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1а. Диод Ge.

Т0, С	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
UПРОБ, В

Таблица 1 б. Диод Si.

Т0, С	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
UПРОБ, В

Таблица 1в. Диод Ga As.

Т0, С	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
UПРОБ, В

3. При постоянном обратном напряжении UОБР , меньшем пробивного, исследовать зависимость IОБР = f( T ) для различных диодов. Результаты занести в таблицу 2.

Примечание 2. Перед выполнением пункта 3 вначале требуется выбрать такое значение U ОБР, чтобы оно было меньше UПРОБ во всем диапазоне температур.

4. Исследовать зависимость прямого тока от температуры при постоянном прямом напряжении для различных диодов. Результаты занести в таблицу 3.

Примечание 3. Перед исследованием каждого типа диодов выбрать такое значение прямого напряжения UПР, которое позволяет осуществить отсчет тока для всех температур.

Таблица 2а. Диод Ge, UОБР= ... В.

Т0, С	10	20	30	40	50	60	70	80	90
IОБР, мкА

Таблица 2б. Диод Si, UОБР= ... В.

Т0, С	10	20	30	40	50	60	70	80	90
IОБР, мкА

Таблица 2в. Диод Ga As, UОБР= ... В.

Т0, С	10	20	30	40	50	60	70	80	90
IОБР, мкА

Таблица 3а. Диод Ge, UПР= ... В..

Т0, С	10	20	30	40	50	60	70	80	90
IПР, мА

Таблица 3б. Диод Si, UПР= ... В.

Т0, С	10	20	30	40	50	60	70	80	90
IПР, мА

Таблица 3в. Диод Ga As, UПР= ... В

Т0, С	10	20	30	40	50	60	70	80	90
IПР, мА

5. Определить влияние ширины запрещенной зоны DW на величину обратного тока, для чего сравнить характеристики разных диодов при одной и той же температуре. В каждом случае определить величину обратного тока в предпробойной области характеристики. Для каждого вида диодов определить вид пробоя.

5. Содержание отчета

Отчет должен содержать ВАХ различных диодов, таблицы и графики зависимостей для всех трех типов диодов, полученные в результате исследования :

1. UПРОБ= f( T )

2. IОБР = f(T) ½UОБР = const

3. IПР = f( T ) ½UПР = const

4. IОБР = f( DW ) ½ T = const.

По каждому из графиков сделать необходимые выводы о влиянии температуры на характеристики и параметры диодов. В частности:

1. Оценить во сколько раз изменится обратный ток каждого из диодов при изменении температуры на 100 С.

2. Сравнить обратные токи различных диодов при одной температуре.

Указания к выполнению домашнего задания на тему:

²ВЫБОР ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ ²

1. Цель работы

1. Произвести выбор диодов для конкретных радиоэлектронных устройств.

2. Научиться пользоваться справочной литературой по полупроводниковым диодам.

2. Подготовка к работе

При подготовке к работе проработать вопросы курса, указанные в разделе 2 лабораторной работы №1.

3. Задание

Домашнее задание на тему «Выбор полупроводниковых диодов » состоит из трех частей :

1. Для простейшего однополупериодного выпрямителя с заданными значениями среднего выпрямленного тока и среднего выпрямленного напряжения выбрать полупроводниковый диод (диоды, столбы или блоки).

2. Составить схему и подобрать стабилитрон для простейшего стабилизатора напряжения при известных значениях входного (нестабилизированного) напряжения, выходного (стабилизированного) напряжения и тока нагрузки. Рассчитать величину ограничительного (гасящего) сопротивления и проверить, не выйдет ли стабилитрон за пределы участка стабилизации при изменении входного напряжения от ЕВХ МИН до ЕВХ МАКС.

3. Выбрать варикап для настройки колебательного контура и подобрать для него рабочее напряжение при известных значениях резонансной частоты и индуктивности контура.

Конкретные значения всех величин для выполнения расчетов задаются преподавателем.

4. Выбор выпрямительных диодов

Предположим что нам необходимо выбрать диод для простейшего выпрямителя со следующим параметрами :

UВЫПР=200 В; IВЫПР= 100мА.

Схема простейшего выпрямителя приведена на рисунке 3.1.

Для выбора диода обычно руководствуются следующими правилами :

а) максимальный прямой ток диода

IПР МАКС должен быть равен или больше среднего выпрямленного тока;

б) максимальное обратное напряжение диода UОБР МАКС должно быть не менее, чем в 2 раза больше среднего выпрямленного напряжения.

В справочниках по полупроводниковым приборам в разделе ²Выпрямительные диоды ², а также ². Столбы и блоки Рисунок 3.1 выпрямительные² приведены конструктивные, электрические параметры диодов, их характеристики и указания по эксплуатации. В частности, в числе электрических параметров указано максимальное допустимое обратное напряжение и максимально допустимый постоянный (или средний выпрямительный) ток. Следует отметить, что эти значения приведены для различных температур окружающей среды.

Используя эти данные, можно выбрать подходящий тип диодов. Так, для нашего примера UВЫПР=200 В, IВЫПР=100мА, вполне подходят диоды КД105, у которых максимально допустимое обратное напряжение для различных типов составляет от 400 до 800 В, а максимальный прямой ток до 300 мА, что вполне достаточно. Возможно применение и более мощных диодов, например КД203А, Б, В, КД204 и др. Однако следует учесть, что более мощные диоды обычно более дорогие и более громоздкие, поэтому их использование в нашем случае нежелательно.

При невозможности обойтись одним диодом можно использовать последовательное или параллельное их включение.

5. Выбор стабилитронов

Предположим, требуется выбрать стабилитрон, а также подобрать ограничительное (гасящее) сопротивление R для простейшего стабилизатора напряжения (рисунок 3.2.).

Выходное напряжение, оно же напряжение стабилизации, в этой схеме полностью определяется типом стабилитрона. Каждый стабилитрон имеет в числе электрических параметров номинальное напряжение стабилизации UСТ . Из других параметров стабилитронов важнейшими являются минимальный и максимальный токи стабилитрона IСТ МИН и IСТ МАКС, а также максимальная рассеиваемая мощность РМАКС.

Примечание: В справочниках приводятся также значения UСТ МИН и UСТ МАКС или отклонение DUСТ от номинального значения. Эти изменения UСТ объясняются чисто технологическими причинами и при выполнении задания их учитывать не нужно.

Рисунок 3.2.

В настоящее время промышленность выпускает стабилитроны с напряжением стабилизации от нескольких вольт до нескольких сотен вольт. В случае отсутствия стабилитрона с необходимым напряжением стабилизации можно использовать последовательное соединение стабилитронов (рисунок 3.3) или встречное соединение выпрямительного диода VD1 и стабилитрона VD2 (рисунок 3.4).

Рисунок 3.3. Рисунок 3.4.

В первом случае UВЫХ=UСТ1+UСТ2, во втором UВЫХ=UСТ+UПР, где UПР - падение напряжения на диоде VD1 при прямом включении.

Значение UПР для выпрямительных диодов приводится в справочниках.

Ограничительное (гасящее) сопротивление R выбираем исходя из следующего соотношения :

В случае изменения тока нагрузки в пределах от IН МИН до IН МАКС расчет ограничительного сопротивления R проводится исходя из среднего тока нагрузки :

После расчета ограничительного сопротивление следует выбрать стандартный номинал его и проверить работу стабилизатора при изменении режима.

Режим может изменяться по следующим причинам :

а) Входное напряжение изменяется от ЕВХ МИН до ЕВХ МАКС при постоянном токе нагрузки. В этом случае стабилизация будет при условиях :

ЕВХ=ЕВХ МИН;

ЕВХ=ЕВХ МАКС;

б) Изменяется входное напряжение и ток нагрузки. Очевидно, что наихудшими вариантами в этом случае будут :

- уменьшение входного напряжения с одновременным увеличением тока нагрузки до IН МАКС,

- увеличение входного напряжения с одновременным уменьшением тока нагрузки до IН МИН.

Стабилизация будет, если :

Если хотя бы одно условие не выполняется, то необходимо сменить стабилитрон на более мощный ( с большим перепадом IСТ МИН ¸ IСТ МАКС )

и заново провести расчет.

Выбор типа стабилитрона осуществляется по справочникам, например: Справочник по полупроводниковым диодам под ред. -М. : Связь, 1975.

Для облегчения выбора стабилитрона по справочникам следует помнить, что в маркировке уже есть указание на напряжение стабилизации. Так для маломощных стабилитронов КС147, КС156, КС191 номинальное напряжение стабилизации равно соответственно 4.7 В, 5.6 В, 9.1В. РМАКС для них меньше 0,3 Вт.

Аналогично можно сразу указать напряжение для более мощных стабилитронов КС433, КС456 и т. д. Оно равно соответственно 3.3 В, 5.6 В и т. д.

Для стабилитронов с номерами больше 200 и 500 напряжение стабилизации оценивается так :

КС211 UСТ = 11В, РМАКС£0,3 Вт,

КС520 UСТ = 20В, РМАКС£5 Вт.

Для стабилитронов с номерами больше 600 и 900:

КС620 UСТ = 120В, РМАКС£5 Вт,

КС680 UСТ = 180В, РМАКС£5 Вт,

КС 920 UСТ=120, В РМАКС > 5 Вт,

КС950 UСТ=150, В РМАКС > 5 Вт.

6. Выбор варикапов

Варикапы, или диоды с управляемой емкостью, используются для настройки частотно - избирательный цепей или осуществления частотной модуляции в различных системах или устройствах.

Важнейшими параметрами варикапа является :

СНОМ - емкость диода при заданном обратном напряжении (обычно UОБР =4 В);

UОБР МАКС - максимально допустимое обратное напряжение.

Из других параметров варикапа следует отметить добротность Q, ТКС - температурный коэффициент емкости, DС - технологический разброс емкости для варикапа данного типа. Важнейшей характеристикой варикапа является зависимость его ёмкости от обратного напряжения. В справочниках она приводится в виде графиков :

а) С=F(UОБР), или б) .

Используя эти характеристики, можно определить емкость варикапа при любом значении обратного напряжения.

В домашнем задании варикап используется для перестройки колебательного контура по классическим схемам:

а) с одним варикапом (рисунок 3.5),

б) с варикапной сборкой (рисунок 3.6).

В схеме на рисунке 3.5 эквивалентная емкость контура СЭКВ равна:

. (3.1)

Рисунок 3.5. Рисунок 3.6.

Если С0>> СВ, то СЭКВ @СВ.

В схеме на рисунке 3.6 . (3.2)

В домашнем задании задача может быть сформулирована в двух вариантах.

1. Для известного типа варикапа определить пределы перестройки колебательного контура при изменении обратного напряжения от UОБР МИН до UОБР МАКС. В этом случае по известным характеристикам варикапа CВ=F(UОБР) или CВ/CНОМ=F(UОБР) следует определить СВ МИН и СВ МАКС, а затем оценить

f0 МАКС и f0 МИН.

; .

СЭКВ МИН и СЭКВ МАКС оцениваются по формулам 3.1 или 3.2 (в зависимости от используемой схемы).

2. Задана частота настройки контура f0. Требуется выбрать варикап и определить напряжение UОБР, при котором контур настроен на требуемую частоту.

Для решения задачи вначале определим СЭКВ по формуле

.

Затем используя формулу 3.1 или 3.2 определим требуемую емкость варикапа. После этого, пользуясь справочником, выбираем подходящий варикап. Номинальная емкость искомого варикапа должна быть примерно равна СВ, требуемой для настройки на заданную частоту. После этого пользуясь графиком CВ= F(UОБР) уточняем напряжение, при котором емкость варикапа точно равна требуемой.

В случае затруднения при поиске варикапа требуемой емкости можно предложить параллельное включение двух варикапов или включение дополнительной емкости С1 (рисунки 3.7 и 3.8).

Рисунок 3.7. Рисунок 3.8.

В первом случае:

Если С0>>СВ1+СВ2, то СЭКВ@СВ1+СВ2.

Во втором : . Если С0>>С1+СВ, то СЭКВ@С1+СВ.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Краткие правила по технике безопасности при

выполнении лабораторных работ...............................................................3

2. Правила выполнения лабораторных работ................................................3

3. Работа в лаборатории..................................................................................4

4. Отчет по работе...........................................................................................5

5. Лабораторная работа №1.

Исследование статических характеристик и параметров

полупроводниковых диодов.......................................................................7

6. Лабораторная работа №2.

Исследование влияния температуры на

характеристики полупроводниковых диодов..........................................12

7. Указания к выполнению домашнего задания

на тему: «Выбор полупроводниковых диодов».......................................16

Св. план 2001, поз.

Ктн, доц. Валерий Леонидович Савиных,

ктн, доц. Алексей Николаевич Удальцов.

Физические основы электроники.

Полупроводниковые диоды.

Методические указания

к лабораторным работам.

Редактор проф.

Корректор

Лицензия № январь 1998 г. Подписано в печать

Формат бумаги 62 х 84 1/16

Бумага писчая №1. Уч. изд. л. Тираж 500 экз.

Заказ №

СибГУТИ, 6.

 [нет1]

 [нет2]