И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Кроме того, с повышением температуры у германиевых диодов снижается напряжение электрического пробоя. У кремниевых диодов при нагреве на каждые !О'С обратный ток увеличивается примерно в 2,5 раза, а напряжение электрического пробоя при повы- шенин температуры сначала несколько возрастает, а затем уменьшается. Прямой ток при нагреве диода растет не так сильно, как обратный. Это объясняется тем, что прямой ток возникает главным образом за счет примесной проводимости, а концентрация примесей не зависит от температуры.
С повышением температуры несколько возрастает барьерная емкость диода. Температурный коэффициент емкости (ТКЕ), показывающий изменение емкости при изменении температуры иа один градус, равен 10 4 — 10 з К 3.4. РАБОЧИЙ РЕЖИМ В практических схемах в цепь диода включается какая-либо нагрузка, например резистор (рис. З.б,и).
В условном графическом обозначении (схематическом изображении) полупроводникового диода треугольник является анодом, черточка — катодом. Прямой ток проходит тогда, когда анод имеет положительный потенциал относительно катода. Следовательно, треугольник нужно рассматривать как острие стрелки, показывающей условное направление прямого тока. Именно в этом направлении при прямом токе движутся дырки, электроны же движутся в противоположном направлении. Режим диода с нагрузкой называют рабочим режимом.
Если бы диод обладал линейным сопротивлением, то Рнс. З.б. Схема включения диода с нагрузкой н построение линии нагрузки расчет тока в подобной схеме не представлял бы затруднений, так как общее Сопротивление цепи равно сумме сопротивления диода постоянному току Гсв и сопротивления нагрузочного резистора Я„. Но диод обладает нелинейным сопротивлением, и значение )хо у него изменяется прн изменении тока. Поэтому расчет тока делают графически.
Задача состоит в следующем: известны значения Е, Вв и характеристика диода, требуется определить ток в цепи и напряжение на диоде. Характеристику диода следует рассматривать как график некоторого уравнения, связывающего величины ! и и. А для сопротивления В„ подобным уравнением является закон Ома: ! = ия/Я„= (Š— и)/Я„. (3.9) Итак, имеются два уравнения с двумя неизвестными ! и и, причем одно из уравнений дано графически. Для решения такой системы уравнений надо построить график второго уравнения н найти координаты точки пересечения двух графиков.
Уравнение для сопротивления )х»вЂ” зто уравнение первой степени относительно ! н и. Его графиком является прямая линия, называемая линией нагрузки. Проще всего она строится по двум точкам на осях коорлинат. Прн ! = О из уравнения (3.9) получаем: Е— — и = О или и = Е, что соответствуст точке А на рнс. 3.6, б. А если и = О, то ! = Е/Я„. Откладываем этот ток на оси ординат (точка Б).
Через точки А н Б проводим прямую, которая является лн- нией нагрузки. Координаты точки Т дают решение поставленной задачи. Следует отметить, что все остальные точки прямой АБ не соответствуют каким- либо рабочим режимам диода. Мокно строить линию нагрузки по углу ее наклона а, поскольку Я„=)го!ба. Но это менее удобно, так как надо определять коэффициент й с учетом масштабов н находить угол п по его котанге псу. При построении линии нагрузки для сравнительно малых Ев точка Б окажется за пределами чертежа. В этом случае следует отложить от точки А влево произвольное напряжение (/ (рис.
З,б,в) и от полученной точки В отложить ток, равный ()/Вв (отрезок ВГ). Прямая, проведенная через точки А и Г, будет линией нагрузки. Иногда заданы и и ! (точка Т) и сопротивление нагрузки Я„, а надо определить Е, или, наоборот, прн заданном Е требуется определить сопротивление нагрузки Яв. Графические построения для этих случаев предлагается сделать читателю самому. Во всех таких построениях следует руководствоваться уравнением (3.9). Цепь с последовательно соединенными диодом и линейным нагрузочным резистором Яв является нелинейной. Характеристику такой цепи, называемую рабочей характеристикой диода, т.
е, график зависимости ! =/'(Е), можно получить суммированием напряжений для характеристик диода и нагрузочного резистора В„ (рис. 3.7). Характеристика резистора К„ выражает закон Ома ! = = ия/)х„ и является прямой линией, проходящей через начало координат. 43 0 05 80 (5 2,0 В Рнс. 3,7. Построение рабочей характеристика ллд цепи, состоящей нз последовательно соединенных диода н резистора нагрузки Для построения этой прямой на график наносится точка, соответствующая произвольному напряжению ид и току ид)Ек.
Через эту точку и начало координат проводится прямая. В предыдущих построениях линия нагрузки не проходила через начало координат, потому что она выражала зависимость тока не от напряжения ид, а от напряжения на диоде и. Рабочую характеристику цепи = ((Е) строим, складывая для нескольких значений тока ( напряжения и и ид, так как Е = и + ид. Например, при токе 3 мА имеем: и = 0,4 В и ид —- 0,5 В.
Суммируя эти напряжения, получаем Е = 0,9 В и соответствующую точку результирующей характеристики. Аналогично находим другие точки, и через ннх проводим плавную кривую. Свойства последовательной цепи зависят главным образом от свойств участка цепи, имеющего большее сопротивление. Поэтому чем больше сопротивление Е„, тем меньше нелштейность результирующей характеристики. Следует отметить, что графический расчет рабочего режима диода можно не делать, если Е„» Ео. В этом случае допустимо пренебречь сопротивлением диода и определять ток приближенно по формуле (кк Е(рх„.
Рассмотренные методы расчета постоянного напряжения Е можно применить для амплитудных или мгновенных значений, если анодный источник дает переменное напряжение. 3.5. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИП ОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ ДЛЯ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Выпрямление переменного тока— один из основных процессов в радиоэлектронике. В выпрямительном устройстве энергия переменного тока преобразуется в энергию постоянного тока. Любой выпрямитель является потребителем энергии переменного тока и генератором постоянного тока.
Поскольку полупроводниковые диоды хорошо проводят ток в прямом направлении и плохо в обратном, то большинство полупроводниковых диодов применяется для выпрямления переменного тока. Простейшая схема для выпрямленна переменного тока показана на рис. 3.8, а. В ней последовательно соединены генератор переменной ЭДС (е), диод Д и нагрузочный резистор Е„, который можно включать также и в другой провод, как показано штрихами.
Эта схема называется однополупериодной. Правильнее бы называть ее однофазной однотактной, так как генератор переменной ЭДС является однофазным и ток проходит через него только в одном направлении один раз за период (однн такт за период). Другие, более сложные схемы для выпрямленна (двухфазные, трехфазные, двухтактные и др.), как пра- + «и а) -ч. Р- б) ч) — 7 д !с няд цд Рнс.
3.8. Схемы выпрямителя с полупровод- никовым диодом вило, представляют собой комбинацию нескольких однофазных .однотактных схем. В выпрямителях для питания РЭА генератором переменной ЭДС обычно служит силовой трансформатор, включенный в электрическую сеть (рис. 3.8, 6). Вместо трансформатора иногда применяется автотрансформатор. В некоторых случаях выпрямитель питается от сети без трансформатора. Роль нагрузочного резистора Я„, т. е. потребителя энергии постоянного тока, в практических схемах играют те цепи или приборы, которые питаются от выпрямители.
При выпрямлении токов высокой частоты, например, в детекторных каскадах радиоприемников генератором переменной ЭДС служит трансформатор высокой частоты или резонансный колебательный контур, а нагрузкой — резистор с большим сопротивлением. Работа простейшего выпрямителя происходит следующим образом. Будем считать, что генератор дает синусондальную ЭДСе = Е гйпшг него внутренним сопротивлением можно пренебречь (если нельзя, то его учитывают обычным путем). В течение одного полупериода напряжение для диода является прямым и проходит ток, создающий на резисторе Я„падение напряжения ил.
В течение следующего полупериода напряжение является обратным, тока практически нет и ил = О. Таким образом, через диод, нагрузочный резистор и генератор проходит пульсирующий ток в виде импульсов, длящихся полпериода и разделенных промежутками также в полпериода. Этот ток называют выпрямленным током. Он создает на резисторе Я„выпрямленное напряжение. Проследив направление тока, нетрудно установить полярность этого напряжения: со стороны катода диода получается плюс, а со стороны анода — минус, Графики на рис. 3.9 наглядно иллюстрируют процессы в выпрямителе.
Переменная ЭДС генератора изображена синусоидой с амплитудой Е (рис. 3.9, а). Как правило, сопротивление нагрузки во много раз больше сопротивления диода, и тогда нелинейностью диода можно пренебречь (рабочая характери- а) О 8) Ряс. 3.9. Прявпип работы простейшего вы- прямителя стика близка к линейной). В этом случае выпрямленный ток имеет форму импульсов, близкую к полусинусоиде с максимальным значением ( (рис. 3.9,'б).
Этот же график тока в другом масштабе изображает выпрямленное напряжение ил, так как ил = (Я„. Достаточно умножить значения тока на Я„, чтобы получить кривую напряжения. График на рис. 3.9, в изображает напряжение на диоде. Иногда ошибочно его считают синусоидальным или отождествляют с напряжением источника переменной ЭДС.
На самом же деле это напряжение имеет несинусондальную форму. У него амплитуды положительных и отрицательных полу- волн резко неодинаковы. Амплитуда положительных полуволн очень мала. Это объясняется тем, что когда проходит прямой ток, то большая часть напряжения источника падает на нагрузочном резисторе Ях, сопротивление которого значительно превышает сопротивление диода. В этом случае 1 ввхххх =Ехх (Гяпххх = Ел УхххЯх ~ Ехх ° (3.10) Для обычных полупроводниковых диодов прямое напряжение бывает не более 1 — 2 В. Например, пусть источник имеет действующее напряжение Е = 200 В и Е~ = )х'2 Е = 280 В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
