Диоды и их применение

Уральский

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Физические основы электроники


Контрольная работа

Тема: "Диоды и их применение"


Преподаватель: Секисов Ю.Н.

Студент: Габдрахимов М.Х.


Екатеринбург 2013

Оглавление


I. Исходные данные

II. Задача 1

III. Задача 2

IV. Задача 3

VI. Задача 5

VII. Задача 6

VIII. Перечень используемой литературы

I. Исходные данные


Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

II. Задача 1


Вычислить напряжение на переходе при прямом включении при заданной температуре и заданном токе. Выяснить влияние температуры на прямое напряжение, увеличив температуру на указанное число градусов. Необходимые данные взять из таблицы 1.

Решение

1. Из уравнения вольт-амперной характеристики диода:



найдём напряжение на p-n-переходе:



где, обратный ток насыщения

поправочный коэффициент

температурный потенциал



2. Определим обратный ток насыщения диода. С учётом того, что , тепловой ток (обратный ток насыщения) при некоторой исходной температуре будет равен:



где,

заряд электрона

площадь p-n-перехода

коэффициент диффузии дырок

средняя длинна диффузии дырок в n-области

концентрация неосновных носителей заряда



где,

концентрация электронов в собственном полупроводнике в условиях термодинамического равновесия

концентрация доноров



отсюда,



3. Вычислим напряжение на переходе при прямом включении при заданном токе и температуре :



4. Выясним влияние температуры на прямое напряжение, увеличив температуру на 60°, для чего сначала определим обратный ток насыщения для новой температуры:

Из выражения



где

эффективная плотность состояний у дна зоны проводимости

ширина запрещённой зоны, получим



Теперь найдем концентрацию электронов в собственном полупроводнике при новой температуре:



отсюда концентрация неосновных носителе заряда равна



тогда тепловой ток при температуре 340°K будет равен



Вычислим напряжение на p-n-переходе при :



Вывод: С повышением температуры полупроводника, уменьшается падение напряжение на p-n-переходе, при заданном прямом токе.

ВАХ диода при прямом смещении сложным образом зависит от температуры, при малых токах характеристика смещается с ростом температуры влево, а при больших токах (где падение напряжения на полупроводниковых областях вне перехода увеличивается) ? вправо (рис.1).


Рис.1


III. Задача 2


Определить сопротивление диода и дифференциальное сопротивление диода постоянному току при прямом включении. Ток и температура заданы в таблице 1. Сопротивление обратному току вычислить для напряжения из таблицы 1 и тока полученного в задаче 1.

Решение

1. Вычислим сопротивление диода прямому току:



2. Вычислим дифференциальное сопротивление диода прямому току:



3. Вычислим сопротивление диода обратному току:



IV. Задача 3


Определить ток идеализированного диода в цепи, представленной на рисунке 2. Вычислить напряжение, соответствующее этому току, Определить дифференциальное сопротивление диода при полученном напряжении и токе.

Диод включен в прямом направлении. Величину сопротивления , напряжение и температуру взять из таблицы 1.


Рис. 2


Решение

1. Рассчитаем токи через диод при различных напряжениях, обратный ток насыщения возьмем из задачи 1:



Токи через диод при напряжениях от 200 до 350 милливольт

2002202402502602702802903000,420,651,001,241,541,902,362,923,61

3103203303403504,475,546,858,4810,0

2. По полученным значениям построим ВАХ диода:


Рис. 3


3. Восстановим из точки пересечения ВАХ диода и нагрузочной прямой нормали к осям координат, и найдем падение напряжения на диоде и ток проходящий через диод (Рис.3).



4. Зададим приращение напряжения и по графику определим соответствующее приращение тока (Рис.3), откуда найдем дифференциальное сопротивление диода:



V. Задача 4

Определить параметры стабилизатора напряжения на основе диода-стабилитрона. Справочные данные стабилитронов приведены в таблице 2. Расчётная схема стабилизатора приведена на рисунке 4.

Определить:

? Допустимые пределы изменения ограничительного сопротивления при изменении питающего напряжения для указанных параметров схемы.

? Коэффициент стабилизации для среднего значения рассчитываемого параметра задачи .

? Проверить, не превышает ли мощность рассеяния на диоде допустимую при максимальном токе стабилизации .


Рис. 4


Решение

1. Определим сопротивление ограничительного резистора:


где,

отсюда


Округлим до стандартного ?

2. Определим допустимые пределы изменения питающего напряжения:



Таким образом, стабилизация выходного напряжения происходит не на всём диапазоне напряжений источника питания , а только в диапазоне .

3. Определим коэффициент стабилизации для среднего значения питающего напряжения:



4. Определим изменение выходного напряжения стабилизатора при изменении температуры на 60°С:



5. Проверим, не превышает ли выделяемая на стабилитроне мощность при максимальном токе стабилизации допустимую мощность рассеяния:



Так как, выделяемая мощность при максимальном токе выше допустимой мощность рассеяния, стабилитрон необходимо установить на соответствующий радиатор.


VI. Задача 5


Определить форму напряжения на выходе схемы для прямого и обратного включения диода. Вычислить значение максимального напряжения на резисторе и диоде и максимальный ток через цепь. Вычертить в масштабе напряжение на выходе и входе схемы с учётом уровня фиксации и ограничения диодов.

Расчётная схема представлена на рисунке 5, во второй части расчётов необходимо изменить полярность включения диода в схеме.

диод ток постоянный сопротивление

На входе схемы действует напряжение синусоидальной формы . В задании указано действующее значение напряжения. Параметры диодов своего варианта взять из задач 1-3.

Для контроля правильности решения задачи проверить: для любого момента времени, где падение напряжения на резисторе.


Рис. 5


Решение

1. Определим амплитуду входного напряжения:



2. Напряжение на диоде и ток через него, при положительной полуволне на аноде и амплитудном значении входного напряжения, найдем графическим методом:


Рис. 6


Напряжение на диоде

Ток через диод

3. Определим максимальное значение напряжения на резисторе:



4. Ток в схеме при отрицательной полуволне на аноде диода равен обратному току насыщения диода:


, отсюда


5. Для контроля правильности решения проверим равенство для любого момента времени:



6. При изменении полярности включения диода в схеме срезаться будет положительная полуволна входного напряжения, амплитудные значения напряжений и тока останутся те же.

7. Построим графики изменения напряжения на входе и выходе схемы:


Рис. 7


VII. Задача 6


Определить изменение барьерной ёмкости при изменении обратного напряжения .

Вычислить и построить характеристику зависимости не менее чем в 10 точках при изменении в указанном диапазоне. Данные для расчёта взять из таблицы 4 для соответствующих вариантов.

Температуру для всех вариантов принять одинаковой . Постоянный коэффициент имеет размерность [пФ В1/2], поэтому при введении в расчётную формулу напряжения в вольтах получается в пФ.

Решение

1. Определим постоянный коэффициент :

Из уравнения


, найдём , где

, отсюда


2. Определим барьерную ёмкость при обратных напряжения

от 10 до 100 В с шагом в 10 В:



Барьерная ёмкость диода

102030405096,45,24,54607080901003,73,43,232,8

3. Построим график зависимости барьерной ёмкости диода от величины приложенного обратного напряжения:


Рис. 8


VIII. Перечень используемой литературы


1.Паутов В. И. Диоды и их применение: Методические указания по выполнению контрольной работы по теме "Диоды и их применение" / В.И. Паутов. -

2.Екатеринбург: УрТИСИ ФГОБУ ВПО "СибГУТИ", 2012 - 32 с. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника: Учебное пособие / К.С. Петров. - Спб.: Питер, 2003. - 512 с.: ил. ISBN 5-94723-378-9

.Прянишников В. А. Электроника: Полный курс лекций. - 4-е изд. - Спб.: КОРОНА принт, 2004. 416 с., ил. ISBN 5-7931-0018-0


Теги: Диоды и их применение  Контрольная работа  Физика
Просмотров: 36655
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Диоды и их применение
Назад