Лабораторная работа №7

Тема: Выпрямители

Краткие теоретические сведения

1. Диоды.

Существуют вакуумные и полупроводниковые диоды. В связи с тем, что последние применяются намного чаще, рассмотрим этот тип диодов.

Полупроводниковым диодом называется прибор с одним выпрямляющим электрическим, переходом и двумя внешними выводами. В качестве такого перехода может быть использован электронно-дырочный переход либо контакт металл-проводник. Выпрямляющий переход обладает нелинейностью вольтамперной характеристики. В качестве полупроводникового материала обычно используют кремний и германий, вольтамперные характеристики, которых отличны.

Основными параметрами выпрямительных диодов являются:

1)постоянное прямое напряжение U_np при определенном постоянном прямом токе Iпр;

2)постоянный обратный ток Iобр, измеренный при определенном постоянном обратном напряжении;

3)максимально допустимое постоянное обратное напряжение Uбр. mах. Максимально допустимый средний прямой ток Iпр.ср.max обычно определяется как средний за период, прямой ток в схеме однополупериодного выпрямителя. Превышение Uобр.max переводит диод в режим пробоя. Различают электрический и тепловой пробои р-п перехода. Электрический пробой может быть лавинным или туннельным и не сопровождается разрушением р-п перехода. Тепловой пробой, как правило, сопровождается разрушением р-п перехода и выходом диода из строя,

Лавинный пробой происходит, из-за лавинного размножения неосновных носителей заряда. Процесс развивается лавинообразно и сопровождается быстрым нарастанием обратного тока (рис 7.1, участок б).

Туннельный пробой наблюдается в узких р-п переходах. Образующиеся при этом носители заряда - электроны и дырки способствуют увеличению обратного тока.

Тепловой пробой возникает из-за перегрева р-п перехода. При этом обратный ток стремительно нарастает, а напряжение на переходе уменьшается

Рис. 7. I. Условное графическое обозначение (а) и вольтамперные

характеристики гераниевых Ge И кремниевых Si диодов б.

2. Система обозначений.

Все диоды первичных выпусков обозначались буквой Д и порядковым номером разработки, например, Д9, Д10, Д104 и т.д. С 1973 г. разрабатываемым приборам присваивались обозначения по другой системе.

Первый элемент обозначения определяет исходный материал, на основе которого изготовлен прибор: Г - германий; К - кремний; А - арсенид галлия. Второй элемент обозначения - буква, характеризующая подкласс прибора:

Д - выпрямительные диоды КД-207; ГД-511; Ц - выпрямительные столбы и блоки КЦ-408; В - варикапы KB-102;

Л - светодиоды АЛ-106.

Далее идет цифровая группа, указывающая порядковый номер разработки технологического типа, например, КД-103, ГД-407. К диодам относится и стабилитрон.

Стабилитроном называется полупроводниковый прибор, напряжение на котором сохраняется в определенных пределах при протекании через него тока в заданном диапазоне изменений.

3. Индуктивность.

Существует также магнитное поле вокруг любого проводника, через который течет электрический ток. Изменение области, в свою очередь, вызывает появление контра электродвижущей силы в проводнике. Явление электромагнитной индукции наблюдается во всех случаях, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий контур. В частности, этот поток может создаваться током, текущим в самом рассматриваемом контуре. Поэтому при всяком изменении силы тока в каком либо контуре в нем возникает ЭДС индукции, которая вызывает дополнительный ток в контуре. Это явление называется самоиндукцией.

Это ЭДС определяется следующим уравнением:

;

Где - ЭДС самоиндукции, L - индуктивность катушки, d_i/d_t – скорость изменения тока протекающего в проводнике.

Производные величины:

1 мГ = 1·10 ^-3 Г миллигенри;

1мкГ = 1·10 ^-6 Г микрогенри.

Особенности катушек индуктивности.

Наиболее простыми катушками индуктивности являются цилиндрические с каркасом или без каркаса. При наличии металлического сердечника индуктивность меняется. Сердечники из железа увеличивают индуктивность (Ферромагнитные). Латунные и медные сердечники уменьшают индуктивность

Однослойные катушки они могут быть с шаговой и рядовой обмоткой, такие катушки обычно используются на высоких частотах до 100 МГц.

Для увеличения добротности используют бескаркасные катушки либо выполненные на ребристых каркасах.

Также для увеличения добротности часто используют серебрение проводника. Для увеличения стабильности однослойных катушек используют горячую намотку либо воженную намотку, но при этом снижается добротность.

Многослойные катушки выполняют рядовой намоткой, произвольной, синусонированной либо универсальной намоткой.

Наличие большой собственной емкости ограничивает частоту до 2 МГц. Для увеличения добротности используют провод - лицендрат (несколько проводников в жгут и на конце спаиваются). · Спиральные катушки - имеют невысокую добротность, не большая индуктивность.

Однослойные:

Где L – индуктивность, D – диаметр каркаса (сердечника) измеряемый в см, l- длина витков в см.

Индуктивность зависит от формы, размеров, количества витков и наличия сердечника.

Реактивное сопротивление катушки определяется по формуле:

ХL= ωL:

Отношение реактанса к сопротивлению потерь называют качественным фактором катушки:

;

Катушка, как конденсатор, имеет с реактивности: это перемещает вектор напряжения вперед на 90 ° (Рис7.2).

Рис. 7.2 Векторная диаграмма: ток и напряжение:

a) с конденсатором б) с катушкой

В общем, индукция равна сумме индукций, когда два витка катушек соединены последовательно, только если их электромагнитные области не взаимодействуют (они ограждены или расположены определенно далеко друг от друг друга).

а) б)

Рис. 7.3

Очень важно принимать во внимание фактор взаимной индукции в случае, когда идёт взаимодействие полей. В случае последовательного соединения катушек, общая индукция определяется по формуле:

L_общ=L₁ + L₂+M;

В обратном соелдинении (Рис. 4.2,б) общая индукция равна :

L_общ = L₁ + L₂ – M;

Коэффициент связи двух катушек определяется по формуле:

K_коэф. = .