Практическое занятие № 3

Тема: Исследование полупроводникового диода, составление схем, распознавание полупроводниковые диодов на схемах и в изделиях.

Цель: научиться определять тип, вид и назначение диодов, их характеристики по заданной маркировке, строить и читать простейшие схемы, содержащие диоды.

Оборудование: диоды, справочный материал.

Теория.

1.      Полупроводниковый диод - это устройство, состоящее из кристалла полупроводника, содержащее один p-n переход и имеющее два вывода.

Новый ГОСТ на маркировку диодов состоит из 4 обозначений:

            I – показывает материал полупроводника:

Г (1) – германий; К (2) – кремний; А (3) – арсенид галлия.

            II – тип полупроводникового диода:

Д – выпрямительные, ВЧ и импульсные диоды;

А – диоды СВЧ;

C – стабилитроны;

В – варикапы;

И – туннельные диоды;

Ф – фотодиоды;

Л – светодиоды;

Ц – выпрямительные столбы и блоки.

             III – три цифры – группа диодов по своим электрическим параметрам:

              IV – модификация диодов в данной (третьей) группе.

а) выпрямительные, высокочастотные, СВЧ, импульсные и диоды Гана; б) стабилитроны;  в) варикапы; г) тоннельные диоды; д) диоды Шоттки; е)светодиоды; ж) фотодиоды; з) выпрямительные блоки.

2.      Диодный мост

Словосочетание "диодный мост" образуется от слова "диод". Получается, диодный мост должен состоять из диодов. Но если в диодном мосту есть диоды, значит, в одном направлении диод будет пропускать электрический ток, а в другом нет. Это свойство диодов мы использовали, чтобы определить их работоспособность. Поэтому мост из диодов используется, чтобы из переменного напряжение получать постоянное напряжение.    

Схема диодного моста:

Как мы с вами видим, схема состоит из четырех диодов. Но чтобы схема диодного моста заработала, мы должны правильно соединить диоды, и правильно подать на них переменное напряжение. Слева мы видим два значка "~".  На эти два вывода мы подаем переменное напряжение, а снимаем постоянное напряжение с других двух выводов: с плюса и минуса.

 Для того, чтобы превратить переменное напряжение в постоянное можно использовать один диод для выпрямления, но не желательно. Давайте рассмотрим  рисунок:

Переменное напряжение изменяется со временем. Диод пропускает через себя напряжение только тогда, когда напряжение выше нуля, когда же оно становится ниже нуля, диод запирается. Диод срезает отрицательную полуволну, оставляя только положительную полуволну, что мы и видим на рисунке выше.  А вся прелесть этой немудреной схемы состоит в том, что мы получаем постоянное напряжение из переменного. Вся проблема в том, что мы теряем половину мощности переменного напряжения. Ее тупо срезает диод.     

Чтобы исправить эту ситуацию, была разработана схема диодного моста.

3. Выпрямитель – это устройство, в котором преобразуется переменное напряжение промышленной или повышенной частоты в напряжение постоянного тока или пульсирующее напряжение одного направления.

Основным элементом выпрямителя является диод, обладающий односторонней проводимостью.

Основными параметрами полупроводниковых диодов являются допустимый ток, на который рассчитан диод, и обратной напряжение, выдерживаемое диодом без пробоя в непроводящий период. Обычно при составлении реальной схемы выпрямителя задается значение мощности потребителя Р0, получающего питание от данного выпрямителя, и выпрямленное напряжение U0, при котором работает потребитель постоянного тока.

Отсюда нетрудно определить ток потребителя.

   Сравнивая  ток  потребителя  с  допустимым  током  диода  Iдоп,  выбирают  диоды  для  схем выпрямителя.

Следует учесть, что

-          для  однополупериодного  выпрямителя  ток  через  диод  равен  току  потребителя,  т.  е.  надо соблюдать условие: Iдоп ³ I 0

-          для двухполупериодной и мостовой схем выпрямления ток через диод равен половине тока потребителя, т. е. следует соблюдать условие: Iдоп  ³ 0,5 I 0

-          для трехфазного выпрямителя ток через диод составляет треть тока потребителя, т. е. следует

соблюдать условие: I

³ 1 I

3  0

Напряжение, действующее на диод в непроводящий период Ub, также зависит от той схемы выпрямления, которая применяется в конкретном случае.

-          для однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей:

Ub  = p U 0  = 3,14U 0

-          для мостового выпрямителя:

Ub  = 1,57U 0

-          для трехфазного выпрямителя    :

Ub  = 2,1U 0

При выборе диода, следовательно, должно соблюдаться условие:

Uобр ³ Ub

Пример

Для питания постоянным током потребителя мощностью Р0=250Вт при напряжении U0=100В необходимо собрать схему двухполупериодного выпрямителя, использовав стандартные диоды типа Д243Б.

Решение

1.       Выписываем из таблицы 1 параметры диода: Iдоп=2А, Uобр=200В.

2.       Определяем ток потребителя: I 0

= P0 U 0

= 250

100

= 2,5 А

3.       Определяем      напряжение,        действующее      на       диод      в       непроводящий      период:

Ub  = p U 0  = 3,14U 0  = 3,14 ×100 = 314 В

4.       Проверяем диод по параметрам  Iдоп   и  Uобр.  Для  данной  схемы  диод  должен  удовлетворять

условиям:

Uобр ³ Ub ,
     Iдоп ³ 0,5 I 0

В  данном  случае  первое  условие  соблюдается  (200<314),  второе  условие  тоже  выполняется (1,25<2 А)

5.       Составляем     схему     выпрямителя.      Чтобы    выполнялось      условие

Uобр  ³ Ub , необходимо два диода соединить последовательно. Тогда Uобр=200 * 2 = 400 > 314В.

Ход работы.

1.                  Выбрать десять различных диодов и описать их назначение и характеристики, используя принципы маркировки.

2.                  Описать как работает схема диодного моста. Построить график входного и выходного напряжения.

3.                  Решите задачи, используя таблицу1.

Задача №1

Мостовой выпрямитель должен питать потребитель постоянным током. Мощность

потребителя 300Вт при напряжении питания 40В. Выберите один из трех типов диодов: Д214, Д215Б, Д224А, параметры которых приведены в таблице 1 для схемы выпрямителя, и поясните, на

основании чего сделан выбор. Начертите схему выпрямителя.

Задача №2

Составьте схему двухполупериодного выпрямителя, использовав стандартные диоды Д218,

параметры, которых приведены в таблице 1. Определите допустимую мощность потребителя, если

выпрямленное напряжение 300В.

Таблица 1 Типы диодов и их параметры

Контрольные вопросы.

1. Что такое диод?

2. Какое подключение диода называется прямым?

3. Какое подключение диода называется обратным?

4. Перечислите основные параметры полупроводникового диода.

Скачано с www.znanio.ru