Исследование свойств полупроводникового диода в составе однополупериодного выпрямителя и светодиода

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является изучение выпрямительного действия полупроводникового диода в составе однополупериодного выпрямителя и светодиода.

 

2. ПРОГРАММА РАБОТЫ

2.1. Ознакомиться с теорией и методами выпрямления однофазного переменного тока в постоянный, изучение работы сглаживающего фильтра в составе однополупериодного выпрямителя, изучение свойств светодиода.

2.2. Ознакомиться со схемой лабораторной установки, оборудованием и приборами, необходимыми для выполнения работы, записать технические данные (тип, род тока, предел измерения, класс точности, цену деления шкалы) приборов.

2.3.Собрать схему и показать для проверки инженеру.

2.4. Выполнить измерения и произвести обработку экспериментальных результатов.

2.5. Составить краткие выводы по работе.

 

 

3. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Вентильные свойства полупроводникового элемента – диода обуславливаются эффектом p-n перехода.

Электронно-дырочным переходом (p-n переходом) называют переходный слой между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электропроводность р -типа, а другая – n -типа.

Двухэлектродный полупроводниковый элемент - диод содержит n и р -проводящие слои (рис. 2.1.1).

В n -проводящем слое в качестве свободных носителей заряда преобладают электроны, а в р -проводящем слое - дырки. Существующий между этими слоями р-n переход имеет внутренний потенциальный барьер, препятствующий соедине­нию свободных носителей заряда. Таким образом, диод блокирован.

ВАХ р-n перехода называется зависимость тока, протекающего через р-n переход, от величины приложенного к нему внешнего напряжения. При отсутствии в полупроводнике внешнего электрического поля р-n переход находится в состоянии так называемого термодинамического равновесия, при котором потоки носителей заряда взаимно уравновешиваются, так что результирующий ток через переход равен нулю. При подаче на переход внешнего напряжения равновесие между составляющими токов носителей нарушается, что приводит к протеканию через переход результирующего тока, величина которого определяется величиной и знаком приложенного напряжения.

При прямом приложении напряже­ний («+» к слою р, «—» к слою n) потенци­альный барьер уменьшается, и диод начинает проводить ток (диод открыт). При об­ратном напряжении потенциальный барьер увеличивается (диод заперт). В обратном направлении протекает только небольшой ток утечки, обусловленный неосновными носителями.

В цепи с полупроводниковым диодом (рис. 2.2.1) установившийся ток может проте­кать только при определенной полярности приложенного к диоду напряжения. При измене­нии полярности напряжения диод запирается и ток прекращается. В цепи переменного (си­нусоидального) напряжения ток протекает только в течение той полуволны, когда диод от­крыт. Полуволна другой полярности подавляется. В результате в цепи имеет место ток од­ного направления. Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения применяются сглаживающие фильтры. Простейшим фильтром является конденсатор, подключенный па­раллельно нагрузке.

 

 

При исследовании выпрямителей применяются следующие обозначения:

o u_вх,U_вх — мгновенное и действующее значения синусоидального входного напря­жения;

o u_d, U_d, U_dmax, U_dmin — мгновенное, среднее, максимальное, минимальное значения выходного (выпрямленного) напряжения;

o f_п — частота пульсаций выходного напряжения;

o m = f_пульс / f_вх — число пульсаций выпрямленного напряжения за один период на­пряжения питания;

o

- коэффициент пульсации выпрямленного напря­жения.

 

Диоды с особыми свойствами. Светодиоды.

В случаях, когда полупроводниковые диоды выполнены из таких материалов как арсенид галлия или фосфид галлия, часть подводимой к ним электрической энергии преобра­зуется не в тепло, как в других полупроводниках, а в световые потоки с более ко­роткой длиной волны. Цвет излучения определяется выбором соответствующего материала и присадками. Цвет может быть инфракрасным, красным, желтым, оранжевым, зеленым или даже голубым.

В данной работе используется одна фаза трехфазного источника напряжений.

 

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Задание 1. Исследовать выпрямительное действие полупроводникового диода с составе однополупериодного выпрямителя.

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь согласно схеме (рис. 2.2.2) сначала без сглаживающего фильтра. Включите мультиметры: VI - для измерения действующего значения синусоидаль­ного напряжения, V2 - для измерения постоянного напряжения

• Включите и настройте осциллограф. Установите развертку 5 мс/дел.

• Перенесите на график (рис. 2.2.3) осциллограммы входного и выходного напряже­ний.

• Сделайте измерения и запишите в табл. 2.2.1. значения: Uвх — действующее, Ud — среднее, ΔU_пульс (по осциллографу), m = f_пульс / fвх.

• Рассчитайте и запишите в табл. 2.2.1 коэффициенты Ud/Uвх и k_пульс.

 

 

 

• Параллельно нагрузочному резистору R_н подключите сглаживающие конденсаторы С с емкостями, указанными в табл. 2.2.1 (не ошибитесь с полярностью при под­ключении электролитических конденсаторов!), повторите измерения и дорисуйте графики выпрямленного напряжения на рис.2.2.3.

 

 

 

 

Задание 2. Изучение свойств светодиода.

Снять вольтамперную характеристику светодиода посредством осциллографа. Изу­чить влияние напряжения U_СД, тока I_СД светодиода и его полярности на световую эмиссию.

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь согласно схеме (рис.4.1.2). Включите осциллограф в режиме X - Y, на горизонтальный вход (X) подайте напряжение со светодиода, а на вертикальный (Y) - напряжение с сопротивления, пропорциональное току. Включите инвертирование канала Y, чтобы положительному току соответствовало отклонения луча осцилло­графа вверх.

 

 

• Перерисуйте осциллограмму на график (рис. 4.1.2).

• Соберите цепь согласно схеме (рис. 4.1.3) и изменяйте входное напряжение последо­вательными шагами, как указано в табл. 4.1.1. Измерьте прямое напряжение Uсд и ток Iсд светодиода с помощью мультиметра и установите светоизлучение (отсутству­ет, слабое, среднее, сильное). Занесите данные в таблицу.

• Измените полярность диода и убедитесь, что светоизлучения не наблюдается.

 

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Наименование, цель и программа работы.

2. Краткие теоретические сведения.

3. Принципиальная схема лабораторной установки.

4. Описание хода работы.

5. Таблицы с экспериментальными данными, результаты обработки полученных данных.

6. Выводы по работе.

 

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что обуславливает вентильные свойства полупроводникового диода?

2. Как называется напряжение, при котором диод становится проводящим?

3. Что называется ВАХ диода? Как она выглядит?

4. Почему максимальное значение выпрямленного напряжения U_dmax не совпадает с амплитудой входного напряжения?

5. Что произойдет при изменении полярности диода в цепи (рис. 2.2.2)?

6. Каково обратное напряжение диода в схеме со сглаживающим конденсатором?

7. Какое действие оказывает сглаживающий конденсатор на амплитуду пульсаций напряжения?

8. Какой минимальный ток необходим светодиоду для слабого светоизлучения?

9. Как ведет себя светоизлучение при изменении полярности прикладываемого на­пряжения?

10. Напряжение питания светодиода 5 В. Какой добавочный резистор необходим при токе 1 5 мА?

 

 

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А № 2

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: