Вимірювання напруги та обчислення струму через діод
Тема: Дослідження випрямного діода
Мета:
1. Дослідження напруги та струму діода при прямому та зворотному зміщеннір-ппереходу.
2. Побудова та дослідження вольтамперної характеристики (ВАХ) для напівпровідникового діода.
3. Дослідження опору діода при прямому та зворотному зміщенні за вольтамперною характеристикою.
Прилади та елементи:
Персональний комп'ютер, програма емулятор Electronics Workbench.
Гершунський Б.С. «Основи електроніки та мікроелектроніки», стор.89-92.
Короткі теоретичні відомості
У випрямлячах змінного струму найбільше застосування знаходять германієві та кремнієві напівпровідникові діоди. Основними методами отриманняр-ппереходів для випрямних діодів єсплавленнятадифузія.
Робота напівпровідникового випрямного діода заснована на властивостір-ппереходу пропускати струм лише в одному напрямку.
Основною характеристикою напівпровідникових діодів євольтамперна характеристика(ВАХ).
Вольтамперну характеристику діода або іншого нелінійного двополюсника можна зняти за допомогою мультиметра (тестера). Струм діода при цьому можна обчислити з виразу:
Iпр=(E – Uпр)/R, (1)
де -Iпр - струм діода в прямому напрямку,
E – напруга джерела живлення,
Uпр– напруга на діоді у прямому напрямку.
Змінивши полярність включення діода у тій схемірис.1, можна зняти ВАХ діода за тією ж методикою і в зворотному напрямку:
Iобр=(E-Uобр)/R, (2)
деIобр - струм діода у зворотному напрямку,
Uобр - напруга на діоді у зворотному напрямку
Основною характеристикою діода є його вольтамперна характеристика, вид якої збігається з виглядом характеристики р-n-переходу. Вольтамперна характеристика діода істотно залежить від температури навколишнього середовища, з підвищенням якої прямий струм діода при тому самому напрузі може збільшитися в кілька разів. При заданому прямому струмі зі збільшенням температури знижується пряма напруга між діодами електродами. Істотно впливає температура навколишнього середовища і зворотний струм, який теж зростає зі збільшенням температури. При збільшенні температури навколишнього середовища вище за певне значення вже при невеликих зворотних напругах розвивається тепловий пробій р-n-переходу і діод виходить з ладу. Працездатність германієвих діодів втрачається за нормальної температури близько 70° З, а кремнієвих – при 200° З. Висока термічна стійкість кремнію – найважливіше його перевагу проти іншими напівпровідниковими матеріалами. Кремнієві діоди допускають щільність струму в прямому напрямку 10 А/мм2 і більше, що дозволяє виготовляти потужні напівпровідникові пристрої відносно невеликими масами і габаритами.
Якщо позитивний висновок омметра з'єднаний з анодом діода, а негативний висновок з катодом, діод зміщений у прямому напрямку. В цьому випадку через діод йде струм, і омметр показує низький опір. Якщо висновки омметра поміняти місцями, то діод буде зміщений у зворотному напрямку, через нього йтиме невеликий струм, і омметр покаже високий опір. Якщо опір діода низький у прямому і зворотному напрямках, він, ймовірно, закорочен. Якщо діод має високий опір у прямому та зворотному напрямках, то в ньому, ймовірно, розірваний ланцюг.
Через нелінійність діода його не можна характеризувати величиноюопору як лінійний резистор. Відношення напруги на діоді до струму через ньогоU/I, зване статичним опором, залежить від величини струму. У ряді застосувань на постійну суттєву складову струму діода накладається невелика змінна складова. У цьому випадку інтерес представляє диференційний (або динамічний) опірrдиф = U/ΔI. Розмір динамічного опору залежить від постійної складової струму діода, що визначає робочу точку на характеристиці.
Порядок виконання роботи
Вимірювання напруги та обчислення струму через діод
Почати роботу потрібно з увімкнення комп'ютера. На ”Робочому столі” знайти ярлик програми Electronics Workbench, подвійним клацанням лівою кнопкою миші відкрити її.
Відкрийте папку№1, у ній файл1_1 (рис.1) і увімкніть схему натисканням клавіші «Пуск» . Мультиметр покаже напругу на діодіUпр при прямому зміщенні. Вимкнути схему. Включити діод у зворотному напрямку: спочатку від'єднайте його від схеми, виділіть його натисканням лівої кнопки миші, потім, знайшовши на панелі інструментів значок, натисніть на нього лівою клавішею миші, діод змінить
 |
Малюнок 1 - Схема дослідження випрямного діода, включеного в прямому напрямку
становище. Знову запустіть схему. Тепер мультиметр покаже напругу на діодіUоб при зворотному зміщенні. Запишіть показання до таблиці №1. Обчисліть струм діода при прямомуIпр і зворотномуIобр зміщенні згідно з формулами(1) і(2).
Таблиця 1 - Результати дослідження випрямного діода, включеного в прямому напрямку.
| Виміряно | Розраховано | ||
| Uпр | Uобр | Iпр | Iобр |
Вимірювання струму
 |
Малюнок 2 – Схема дослідження випрямного діода при вимірюванні струму
Таблиця 2 - Результати дослідження випрямного діода