Документ: 5445, страницы 61-65 | База учебных материалов

VD

	i		I , А
	i		1,5
			1,5
			1,0
u	uн	Rн	0,5
			0,5
		-U	0			U , В
			0
			100	200	300	400
	а)		б)

Рисунок 1 – Электрическая схема однополупериодного выпрямителя (а)

ивольтамперная характеристика полупроводникового диода (б)

2.Теоретические сведения о полупроводниковых приборов

Диод – это полупроводниковый прибор с двумя выводами (анод и катод) и одним p-n переходом, предназначенный для выпрямления, модуляции и переключения электрических сигналов. Полупроводниковые приборы изготавливаются на основе кристаллов полупроводникового материала (германия, кремния, арсенида галлия, карбида кремния и др.).

С помощью достаточно сложных технологических операций в объёме кристалла создаются области с различным знаком проводимости: электронной – n или дырочной – р. На границах таких областей образуются р-n переходы. С помощью металлических выводов переход включается в электрическую цепь (см. рисунок 2).

n

p

Обратное

+- смещение

-			Прямое

			+ смещение

A

Рисунок 2 – Схема включения р-n перехода в электрическую цепь

Основным свойством р-n перехода является его однонаправленность для пропускания электрического тока. При положительном смещении области р относительно области n (прямое смещение) через р-n переход протекает большой прямой ток при малом падении напряжения на переходе

61

пр.макс

(на рисунке 2 включение источника питания для подачи прямого смещения помечено пунктиром). При отрицательном смещении области р относительно области n (обратное смещение) через переход протекает малый обратный ток и всё напряжение источника питания падает на переходе.

Основной характеристикой диодов является вольт-амперная характеристика, которая приведена на рисунке 1, б. В прямом направлении через диод может протекать большой ток, и он представляет собой малое сопротивление. В обратном направлении сопротивление диода велико. Величину падения напряжения на диоде при протекании через него постоянного прямого тока Iпр характеризует параметр Uпр . Приложенное к диоду по-

стоянное обратное напряжение Uобр вызывает протекание постоянного обратного тока Iобр . Величины обратного напряжения Uобр для разных дио-

дов лежат в широком диапазоне от десятков до нескольких сотен вольт. В прямом направлении через мощные диоды могут протекать токи в несколько десятков и сотен ампер при прямых падениях напряжениях около

1 В.

Предельный режим диода характеризуется следующими параметрами: I – максимальная (предельная) величина постоянного прямого тока

через диод; Uпр.макс – максимальная (предельная) величина обратного

напряжения любой формы и периодичности.

Средние значения выпрямленного напряжения U0 Rн I0 ,В; выпрямленного тока I0 I0 I0 , А,

где

I

Im

– постоянная составляющая прямого тока, А;

0

I

Im

– постоянная составляющая обратного тока, А;

0

I

Um

– амплитудное значение тока цепи в проводящий полупериод,

m

R1

А;

I

Um

– амплитудное значение тока цепи в непроводящий полупери-

m

R2

од, А;

Um

2 U – амплитудное значение напряжения питающей сети, В;

R1

Rпр

Rн

– сопротивление электрической цепи в проводящий полу-

период, Ом;

R2

Rобр Rн

– сопротивление электрической цепи в непроводящий

полупериод, Ом.

Мощность, выделяемая в сопротивлении резистора, обусловленная по-

62

стоянной составляющей выпрямленного тока	P I 2	R	, Вт.
	0	н

Построение ВАХ и волновых диаграмм тока и напряжения полупроводникового диода представлены на рисунке 3.

	I , А
	1,5
	1,0
	0,5
-U	0			U , В
	0
	100	200	300	400

0	100	200	u , В
	100	200

		Um
	t

i

IIm

II0	III0	t
0		t
0
		IIIm

Рисунок 3 – Построение ВАХ и волновых диаграмм тока и напряжения полупроводникового диода

3. Задание

Рассчитать средние значения выпрямленных тока I0 и напряжения U0 , мощность P , выделяемую на нагрузочном резисторе Rн , обусловленную выпрямленным током I0 . Начертить ВАХ, волновые диаграммы тока и напряжения исследуемого диода.

4. Контрольные вопросы

4.1. Как образуется p-n переход и какое его основное свойство? 4.2. Как устроен диод?

4.3.Какова схема включения диода в электрическую цепь?

4.4.Каковы основные характеристики и параметры диода?

4.5.Какова классификация и система обозначения диодов?

63

Практическое занятие № 14

ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Цель занятия: Расчёт электрических цепей, содержащих электроизмерительные приборы. Определение погрешностей электроизмерительных приборов.

Для приведённой ниже электрической цепи постоянного тока, содержащей электроизмерительные приборы требуется определить: токи в ветвях: I1 , I2 , I3 и показание вольтметра V и амперметра A , а также абсо-

лютные и относительные погрешности электроизмерительных приборов. Исходные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные

Вариант	R1	R2	R3	R4	E1	E2	Uном	Iном	RV	Класс	Класс
										точности	точности
										амперметра	вольтметра
	Ом	Ом	Ом	Ом	В	В	В	А	Ом	-	-
1	50	100	150	200	220	220	300	5	300
2	50	100	150	200	210	210	150	2,5	200
3	30	50	50	70	120	120	150	2,5	300	0,5	1,0
4	30	50	50	70	120	120	300	5	200	0,5	1,0
4	30	50	50	70	120	120	300	5	200
5	50	120	80	150	250	250	300	5	200
6	150	120	80	50	200	200	150	5	300

1. Электрическая схема практического занятия (см. рисунок 1)

R1

R2

А

E1

I3

V RV

I2

E2

I1

R4

R3

а

Рисунок 1 – Электрическая цепь

64

2. Теоретические сведения об электрических измерениях

Для измерения электрических и магнитных величин служат электроизмерительные приборы: амперметры, вольтметры, гальванометры и др., а также их комбинации. Процесс измерения состоит в сравнении измеряемой физической величины с её значением, принятым за единицу.

Впроцессе измерений определяется отношение измеряемой физической величины к её значению, принятому за единицу. Выбор этого единичного значения связан с учётом многих факторов.

Существует два основных метода электрических измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения.

Вметоде непосредственной оценки измеряемая величина отчитывается непосредственно по шкале прибора. При этом шкала измерительного прибора предварительно градуируется по эталонному прибору в единицах измеряемой величины. Как правило, такая градуировка производится на заводе при изготовлении прибора. Достоинства этого метода – удобство отсчёта показаний прибора и малая затрата времени на операцию измерения. Метод непосредственной оценки широко применяется в различных областях техники для контроля и регулирования технологических процессов, в полевых условиях, на подвижных объектах и т. д. Недостаток метода – сравнительно невысокая точность измерений.

Вметоде сравнения измеряемая величина сравнивается непосредственно с эталоном, образцовой или рабочей мерой. В этом случае точность измерений может быть значительно повышена. Метод сравнения используется главным образом в лабораторных условиях, он требует сравнительно сложной аппаратуры, высокой квалификации операторов и значительных затрат времени. В последнее время в аппаратуре сравнения всё шире внедряется автоматизация.

Электроизмерительные приборы непосредственной оценки позволяют отсчитать числовое значение измеряемой величины на шкале или цифровом устройстве прибора.

Практика показывает, что при всяком измерении непрерывной величины неизбежна некоторая погрешность – разница между измеренным

Aиз , и действительным А значениями измеряемой величины: Аиз А.

Эту разницу называют абсолютной погрешностью измерения. Она определяется систематическими и случайными погрешностями прибора, а также ошибками оператора.

Систематические погрешности изменяются по определённому закону и возникают вследствие факторов, которые могут быть учтены: влияние внешних условий (температура, радиация, электромагнитные поля), несовершенство метода измерения, несовершенство измерительного прибора.

65

Материал: 5445

Смотрите также: