Указания к выполнению домашнего задания на тему:

ВЫБОР ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ 

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 Е_{ВХ МИН} до Е_{ВХ 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 

U_ВЫПР=200 В I_ВЫПР= 100мА.

Схема простейшего выпрямителя приведена на рисунке 3.1.

Для выбора диода обычно руководствуются следующими правилами 

а) максимальный прямой ток диода

I_{ПР МАКС} должен быть равен или больше среднего выпрямленного тока

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

В справочниках по полупроводниковым приборам в разделе Выпрямительные диоды , а также . Столбы и блоки Рисунок 3.1 выпрямительные 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 U_ВЫПР=200 В, I_ВЫПР=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 U_СТ . Из других параметров стабилитронов важнейшими являются минимальный и максимальный токи стабилитрона I_{СТ МИН} и I_{СТ МАКС}, а также максимальная рассеиваемая мощность Р_МАКС.

Примечание: В справочниках приводятся также значения U_{СТ МИН} и U_{СТ МАКС} или отклонение U_СТ от номинального значения. Эти изменения U_СТ 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 U_ВЫХ=U_СТ1+U_СТ2, во втором U_ВЫХ=U_СТ+U_ПР, где U_ПР- падение напряжения на диоде VD1 при прямом включении .

Значение U_ПР для выпрямительных диодов приводится в справочниках.

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

В случае изменения тока нагрузки в пределах от I_{Н МИН} до I_{Н 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 Е_{ВХ МИН} до Е_{ВХ МАКС} при постоянном токе нагрузки. В этом случае стабилизация будет при условиях 

Е_ВХ=Е_{ВХ МИН};

Е_ВХ=Е_{ВХ 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 I_{Н МАКС},

- увеличение входного напряжения с одновременным уменьшением тока нагрузки до I_{Н МИН}.

Стабилизация будет , если 

Если хотя бы одно условие не выполняется , то необходимо сменить стабилитрон на более мощный ( с большим перепадом I_{СТ МИН}  I_{СТ МАКС} )

и заново провести расчет.

Выбор типа стабилитрона осуществляется по справочникам , например Справочник по полупроводниковым диодам под ред. Николаевского И.Ф.-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. Р_МАКС 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 U_СТ = 11В, Р_МАКС0,3 Вт,

КС520 U_СТ = 20В, Р_МАКС5 Вт.

Для стабилитронов с номерами больше 600 и 900

КС620 U_СТ = 120В, Р_МАКС5 Вт,

КС680 U_СТ = 180В, Р_МАКС5 Вт,

КС 920 U_СТ=120, В Р_МАКС > 5 Вт,

КС950 U_СТ=150, В Р_МАКС > 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 

С_НОМ- емкость диода при заданном обратном напряжении (обычно U_ОБР =4 В)

U_{ОБР МАКС} -максимально допустимое обратное напряжение .

Из других параметров варикапа следует отметить добротность Q , ТКС - температурный коэффициент емкости , С - 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(U_ОБР), 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 С_ЭКВ равна:

. (3.1)

Рисунок 3.5. Рисунок 3.6.

Если С₀ С_В, то С_ЭКВ С_В.

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 U_{ОБР МИН} до U_{ОБР МАКС}. В этом случае по известным характеристикам варикапа C_В=F(U_ОБР) или C_В/C_НОМ=F(U_ОБР) следует определить С_{В МИН} и С_{В МАКС}, а затем оценить

f_{0 МАКС} и f_{0 МИН}.

; .

С_{ЭКВ МИН} и С_{ЭКВ 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 U_ОБР, при котором контур настроен на требуемую частоту.

Для решения задачи вначале определим С_ЭКВ 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 С_В, требуемой для настройки на заданную частоту. После этого пользуясь графиком C_В= F(U_ОБР) 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С_В1+С_В2, то С_ЭКВС_В1+С_В2.

Во втором : . Если С₀С₁+С_В, то С_ЭКВС₁+С_В.