Задание 2

Расчет параметров полупроводникового диода.

Рассчитать температурный коэффициент напряжения диода ТКН, используя вольт-амперные характеристики I_д(U_д) при различных температурах T на основе справочных данных.

Для среднего значения тока, приведенного в справочнике, рассчитать дифференциальное сопротивление диода R_диф по ВАХ. Привести график ВАХ диода и выполнить построения, необходимые для нахождения дифференциального сопротивления R_диф.

Исходные данные: диод Д219А.

Решение:

Рисунок 1. ВАХ диода Д219А для различных температур.

1. Средний ток (справ.): I_ср=50 мА (-60…+35⁰С), I_ср=20 мА (+100⁰С), Для нахождения значений напряжений при различной температуре проведем горизонтальную прямую, соответствующую току I_ср до пересечения с ВАХ (рисунок 1), полученные значения занесем в таблицу 1.

Таблица 1. Значение напряжения при различной температуре и токе I_ср.

№	Температура, 0С	Напряжение, В
1	+100	0,60
2	+25	0,90
3	-60	1,00

ТКН= (U₂-U₁)/(T₂-T₁)=(0,9-0,6)В/(25-100)⁰С=-0,004 мВ/⁰С.

ТКН имеет отрицательное значение, т.к. с увеличением температуры при фиксированном токе через диод значение напряжения на нем уменьшается.

2. Определим дифференциальное сопротивление (по ВАХ для T=25 ⁰С).

Точка А имеет координаты: I_a=50 мА, U_a=0,9 В. Проведем касательную к ВАХ в точке А и отметим точку В. I_b=60 мА, U_b=0,95 В.

ΔU_a=U_b-U_a=0,95-0,9 В = 0,05В; ΔI_a=I_b-I_a=60-50 мА = 10 мА.

R_диф=dU_a/dI_a, с учетом приближения dU_a≈ ΔU_a; dI_a≈ ΔI_a

R_диф=0,05/(1,0*10^-2) Ом=5 Ом.

Рисунок 2. Определение дифференциального сопротивления.

Задача № 3 Расчет параметров стабилитрона.

Определить параметры стабилитрона: дифференциальное сопротивление R_диф, статическое сопротивление в рабочей точке R₀, ТКНС для среднего значения тока, приведенного в справочнике. Построить график ВАХ стабилитрона и выполнить построения, необходимые для нахождения параметров стабилитрона.

Исходные данные: стабилитрон Д808.

Решение:

1. Справочные данные I_ном=5 мА, U_ном= 8 В, тогда статическое сопротивление в рабочей точке определяется как R₀= U_ном / I_ном=8/5 кОм=1,6 кОм.

Рисунок 1. Вольт-амперная характеристика.

2) R_диф=dU_a/dI_a, с учетом приближения dU_a≈ ΔU_a; dI_a≈ ΔI_a получаем R_диф=ΔU_a-b/ΔI_a-b

ΔU_a-b =5,6-5,4=0,2 В, ΔI_a-b =15-2,6=12,4 мА

R_диф=16,13 Ом.

Рисунок 2. Вольт-амперная характеристика.

На ВАХ стабилитрона проведем прямую I_ст=5мА, отметим точки A и B пересечения прямой с кривыми ВАХ для температуры T_a=+30⁰С и T_b=-60⁰С (рисунок 2).

ТКСН=(U_a-U_b)/((T_a-T_b)*U_a)*100%=(0,04-5,6)/((30-(-60)*8)*100%=-0,77%/⁰C.

Вариант № 15 Практическое занятие №2.

Целью работы является исследование путей построения линеаризованных эквивалентных схем полупроводниковых диодов и приобретение навыков расчета цепей постоянного тока, содержащих полупроводниковые диоды.

Задачи:

• Закрепление знаний по теории цепей, содержащих полупроводниковые диоды;

• Приобретение навыков построения эквивалентных схем полупроводниковых диодов;

• Выработка умений производить расчеты цепей, содержащих полупроводниковые диоды.

Задание 1

Расчет графическим методом цепи, содержащей полупроводниковый диод.

Рисунок 1. Схема цепи с диодом.

Рассчитать ток через цепь и напряжение на элементах цепи диоде VD и резисторе R.

Исходные данные: диод Д 219А, R=200 Ом, U_пит=4 В.

Решение:

Напряжение холостого хода: U_х.х.=U_пит=4В.

Значение тока короткого замыкания: I_кз=U_пит/R=4/200 А=0,02 А.

Отметим эти точки и соединим их прямой (рисунок 2). Точка пересечения данной прямой с ВАХ диода будет являться рабочей точкой.

Рисунок 2.

Рабочая точка: I_р=15 мА, U_р=0,7 В.

Ток цепи I= I_р=15 мА.

Напряжение на диоде: U_д=U_р=0,7 В.

Напряжение на резисторе: U_R= U_пит - U_д=4В-0, 7В=3,3В.

Задание 2

Построение эквивалентной схемы полупроводникового диода.

Для диода, рассмотренного в предыдущем задании, привести линеаризованные эквивалентные схемы, указать параметры этих схем. Для определения параметров эквивалентной схемы провести дополнительные построения (расчеты). На ВАХ диода необходимо изобразить проведенные построения, отметить участок, для которого выполняется условие линеаризации.

Решение:

Аппроксимируем правую часть ВАХ линейной функцией: U=U_A+IR_диф (рисунок 1). Для линеаризованного участка диод можно заменить эквивалентной схемой (рисунок 2), при этом U_пор=U_A.

Рисунок 1. Линейный участок обозначен толстой линией.

Рисунок 2.

Параметры схемы (рис.2): U_пор=U_A=0,65В, R_диф=16,13 Ом (задание 2 практическая работа 1).

Задание №3

Расчет аналитическим методом цепи, содержащей полупроводниковый диод.

Провести аналитический расчет цепи, рассмотренной в предыдущем задании, используя кусочно-линейную аппроксимацию ВАХ диода I_д(U_д). Сравнить результаты со значениями, полученными графическим методом.

Решение:

Воспользуемся результатами, полученными в предыдущем задании. Эквивалентная схема цепи, содержащей диод для прямого участка будет выглядеть как на рисунке 1.

Рисунок 1.

Тогда значение тока в цепи будет определяться выражением: I_пр=(U_пит-U_пор)/(R+R_диф)

Для значения напряжения источника питания U_пит =4 В будет значение тока I в цепи равно

I_п = (4-0,65)/(200+16,13)=0,015А=15 мА.

(совпадает с найденным графическим способом).