ЛЕКЦИЯ- ПЭ № 5 От 27.10. и 18.11. 2016 г (должна 4.11)
Основные полупроводниковые приборы на основе Р-N перехода и их значение в электронике
1. Выпрямительные диоды, основные схемы выпрямления: их свойства и применение в электронике.
2. Стабилитроны, варикапы и туннельные диоды.
Тиристоры и их применение в электронике.
Билеты № 13, 14, 15.
Ранее отмечалась сильная зависимость полупроводниковых МЭТ от различ-ных физических факторов (эл.поля, освещенности, температуры, давления и т.д.), обусловила создание огромной номенклатуры полупроводниковых приборов (диодов, тиристоров, фотодиодов, варисторов, и т. д), использующих указанные физические факторы.
В настоящей лекции дадим краткий обзор этих приборов.
Выпрямительные диоды и основные схемы выпрямления
Вся известная аппаратура питается от напряжения постоянного тока, а основной источник энергии – это промышленная сеть переменного (синусоидального) тока.
Поэтому роль выпрямительных диодов велика в их широком применении в выпрямителях переменного напряжения в постоянный разнообразной силовой и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). В основном применяются сплавные диффузионные кремниевые и германиевые диоды.
При этом германиевые диоды рассчитаны на работу с малыми (менее 300 мА) и средними (0,3-10 А) выпрямленными токами I0 а также с малыми обратными напряжениями Uобр до 50-400В, а кремниевые – средними и большими (более 10 А) и Uобр до 1000В.
Величины I0 и Uобр – основные параметры этих диодов, так как I0 – это нагрузочный ток выпрямителя, а Uобр – это напряжение на диоде в отрицательный полупериод выпрямляемого sin-напряжения.
Основные (базовые) схемы выпрямления
Однополупериодный выпрямитель
Простейший выпрямитель (напр. в простейших китайских «адаптерах» без сглаживающего конденсатора) - это т.н. однополупериодная схема выпрямле-ния (рисунок 1).
Для этого выпрямителя получены следующие соотношения, которые будут положены в основу последующих схем.
Uвых = U0 ≈ 0,45 Uвх; Uобр = Uобр. макс. ≈ 3,14 U0; Iд макс = 3,14 I0;
Кп = Umвх / U0 = 1,57, где
Uвх – действующее значение входного напряжения и Umвх – его амплитуда;
U0, I0 - средние значения выпрямленных напряжения и тока;
Uобр - обратное максимальное напряжение на диоде в отрицательный полу-период входного напряжения;
Кп – коэффициент пульсаций;
Iд макс – максимальная амплитуда тока на диоде при выпрямлении.
Двухполупериодный выпрямитель
U0 ≈ 0,9 U2; Uобр ≈ 3,14 U0; Iд макс = 3,14 I0; Кп = Um̸вх / U0 = 0,67.
Здесь через нагрузку Rн протекает выпрямленный ток I0, пульсирующий дважды за период, т.е. выпрямляются «оба полупериода» U2 ⁄ и U2 ⁄ ⁄, поэтому выпрямленное напряжение в 2 раза больше, а коэффициент пульсаций – в 2 раза меньше, чем в 1-полупериодной схеме. Недостаток схемы: к запертому диоду приложена удвоеннаяамплитуданапряжения одного плеча вторичной обмотки трансформатора Uобр = 2U2′, поэтому необходимо выбирать диоды с большим обратным напряжением. Более рационально используются диоды в ниже показанном мостовом выпрямителе.
Мостовая схема выпрямителя (имеет наибольшее применение)
У этой схемы такие же значения U0 и Кп, что и в предыдущей, но зато Uобр ≈ 1,57 U0 в два раза меньше. Кроме того, в ней вторичная обмотка трансформатора содержит вдвое меньше витков, чем в предыдущей схеме.
Умножитель –удвоитель 2-х полупериодный
Параметры схемы идентичны мостовой схеме, однако на ее основе могут быть получены умноженные в 2, 3, 4 и т.д. выпрямленные напряжения без при-менения повышающего трансформатора (напр. умножители в телевизорах для формирования в/вольтного напряжения питания кинескопа). Ниже приведена практическая схема одного из видов такого умножителя. Работа схемы: При «+» на нижнем зажиме тр-ра диод Д1 открывается и заряжается конденсатор С1 до амплитуды U2m. В другой полупериод («+» на верхнем зажиме тр-ра) через открытый диод Д2 заряжается С2 от суммарного напряжения конденсатора С1 и напряжения U2m, поэтому на нагрузке – удвоенное напряжение 2 U2m! Обратное напряжение на диодах Uобр ≈ 2,09 U0.
Практическая схема умножителя напряжения в 10-12 раз
Все выпрямители входят в состав профессиональной, бытовой и другой РЭА в качестве блоков питания (БП), в которых выпрямленное напряжение подвергается сглаживанию пульсаций и стабилизируется на нагрузке от влияния различных дестабилизирующих факторов. Ниже показан типовой БП.
Однако, такой БП имеет большие вес и габариты, определяемые размерами трансформатора и сглаживающего фильтра. В настоящее время они вытесняются импульсными преобразователями, работающими на частотах до десяток и сотен килогерц. При этом достигается значительное уменьшение размера и веса устройства.
2.
