Лекция 1. Полупроводниковые диоды

Вольтамперная характеристика — электрофильтр

Вольтамперная характеристика трубчатого электрофильтра ( диаметр трубы 250 мм с разными коронирующими электродами.

Вольтамперная характеристика электрофильтра в большой степени зависит от расстояния между электродами, формы и диаметра коронирующих электродов.

Вольтамперная аир — константы для определенного.| Вольтамперная характе — Вольтамперная характери-ристика электрофильтра в зависят стика электрофильтра в зависимости мости от скорости газов ( в м / сек. от состава газов.

Вольтамперная характеристика электрофильтра в большой мере зависит также от влажности газов.

Схема силовых линий в трубчатом электрофильтре.

Вольтамперная характеристика электрофильтра зависит и от скорости газов. Из кривых на рис. 17 следует, что при увеличении скорости газов потребление тока электрофильтром уменьшается.

Вольтамперные характеристики электрофильтров, как правило, нелинейны, но обычно увеличению тока соответствует увеличение амплитудного значения напряжения.

Вольтамперные характеристики электрофильтра типа ДМ для очистки доменного газа.

Следовательно, с повышением давления газа вольтамперная характеристика электрофильтра будет отклоняться вниз, так как линейная плотность тока в нем снижается.

Мокрый горизонтальный пластинчатый электрофильтр фирмы Свенска Флектфабрикен для очистки доменного газа с непрерывной.

С другой стороны, подвижность ионов в доменном газе значительно больше, чем в воздухе, поэтому с повышением давления вольтамперная характеристика электрофильтра будет отклоняться вниз значительно меньше, чем в воздухе.

По мере продвижения очищаемых газов через электрофильтр концентрация частиц в газах уменьшается от максимальной на входе до минимальной, иногда близкой к нулю, — на выходе, что влияет на вольтамперную характеристику электрофильтра. При больших концентрациях частиц объемный пространственный электрический заряд взвешенных, а также осажденных на электродах частиц влияет значительно и ток короны частично понижается. Этот эффект больше всего проявляется для электродов, расположенных в электрофильтре вблизи входа газов и наименее ( или вовсе отсутствует) — для электродов, расположенных вблизи выхода газов. В результате одинаковый электрический режим на электродах у входа и выхода газов соблюдать невозможно. Если все электроды электрофильтра подключены к одному источнику питания, то электроды, расположенные в хвостовой части, потребляют почти весь ток, а электроды, расположенные в начальной части, потребляют ничтожную долю тока, вследствие чего эффективность их работы низкая.

III указывалось, что вольтамперная характеристика электрофильтра зависит от температуры очищаемых газов. В большинстве случаев целесообразно понижать температуру очищаемы. Применяется несколько способов охлаждения газов.

Работа электрофильтров в значительной мере зависит от влажности очищаемых газов. В главе III было показано, как влияет влажность газов на вольтамперную характеристику электрофильтра, и рассмотрена зависимость работы сухого электрофильтра от величины — удельного электрического сопротивления улавливаемой пыли. Известно, что при очистке газов от пыли, имеющей удельное электрическое сопротивление более 108 ом-м, в электрофильтре может возникнуть обратная корона или сильно понизиться напряжение вследствие падения напряжения на слое пыли, осажденной на осадительном электроде, в результате чего нарушается работа электрофильтра.

По этой причине пространство вне короны заполнено густым облаком однополюсных ионов, плотность которого составляет около 5 — Ю4 ионов в 1 мм3; именно в этой зоне большее количество частиц пыли приобретает свой отрицательный заряд. Частицы пыли, проходя через зону короны, вероятно становятся положительно заряженными ввиду преобладания положительных ионов газа и большой подвижности электронов в этой зоне, а затем осаждаются на коронирующем электроде. Подвижность ионов газа и сосредоточение пыли вне зоны короны являются главными факторами, влияющими на вольтамперные характеристики электрофильтра.

Вид — вольтамперная характеристика

Пример построения типовых выходных вольтамперных характеристик для выборки из восьми транзисторов.

Вид вольтамперных характеристик при повышенной температуре окружающей среды приведен на рис. 2.5. Эти изменения обусловлены, в основном, увеличением коэффициента передачи тока 30 и / кбо, поскольку почти все параметры характеристик зависят от коэффициента передачи Ро и обратного тока / К60, которые увеличиваются при увеличении температуры.

Зависимость ионизационного тока на выходе ячейки а-газоанализатора от приложенной к ее электродам разности потенциалов.

Вид вольтамперной характеристики ячейки изменяется в зависимости от природы наполняющего ее газа, а также от размеров и конфигурации самой ячейки и электродов. Поэтому при любой ячейке необходимо экспериментально установить положение области Б для каждого из чистых компонентов газовой смеси, а затем на основе полученных результатов выбрать рабочее напряжение в пределах этой области.

Читайте так же:  Расположение точечных светильников на натяжном потолке - схемы с примерами

Вид вольтамперной характеристики фотоэффекта, то-есть ход кривой, воспроизводящей зависимость фототока с катода от разницы потенциалов между катодом и улавливающим электроны анодом, определяется в случае чистых металлических поверхностей, кроме геометрической конфигурации электродов, распределением скоростей среди эмиттирозанных фотоэлектронов и контактной разницей потенциалов между электродами. В случае сложных катодов внешнее поле влияет на эмиссию, и вольтамперная характеристика сложнее. Насыщение тока наступает и для чистых металлов лишь при сравнительно большой разности потенциалов между катодом и анодом в тех случаях, когда вследствие формы катода и анода напряженность поля у поверхности катода настолько различна в различных точках, что при малой разнице потенциалов между анодом и катодом пространственные заряды не рассеиваются в местах наименьшей напряженности поля у катода и ограничивают здесь плотность тока.

По виду вольтамперной характеристики ( рис. 67) участка цепи АВ определяем, что он содержит диод. Вольтамперная характеристика участка цепи DB ( рис. 68) имеет линейный характер, что говорит о наличии резистора.

Как изменяется вид вольтамперной характеристики в зависимости от энергии ионизирующих частиц.

Таким образом, вид вольтамперной характеристики четырехслойного диода зависит от одновременного действия нескольких процессов. Это затрудняет нахождение аналитического выражения вольтамперной характеристики четырехслойного диода.

Различные режимы работы туннельного диода при изменении сопротивления нагрузки.| Схема питания нельного диода.

Как следует из вида вольтамперной характеристики ( рис. 171), эабочую точку необходимо задавать по напряжению.

Обнаружен эффект изменения вида вольтамперной характеристики маломощных кремниевых тиристоров при отрицательном смещении управляющего электрода. Эффект заключается в появлении дополнительного участка отрицательного сопротивления.

На рис. 6 показан вид вольтамперной характеристики вентиля. При отрицательных значениях напряжения на электродах вентиля его сопротивление велико, и он проводит лишь ничтожный обратный ток утечки. При положительных же напряжениях его сопротивление быстро падает с ростом нагрузки, так что напряжение между электродами вентиля имеет небольшую практически постоянную величину, называемую падением напряжения вентиля.

Зависимость напряжения переключения управляемого переключающего диода от тока управляющего электрода ( базы.

На рис. XI.7 показан вид вольтамперной характеристики триод-тиристора. Таким образом, этот случай полностью аналогичен рассмотренному ранее. Подача внешнего сме — иосп щения на управляющий электрод ( базу) приводит к росту тока через систему и снижению величины напряжения переключения. При достаточно больших токах базы вольт-амперная характеристика вырождается в кривую, аналогичную прямой ветви вольтамперной характеристики диода.

Рассмотрим основные физические процессы, определяющие вид вольтамперной характеристики р-п перехода.

1. Полупроводниковые диоды

Полупроводниковый диод – это прибор с двухслойнойP-Nструктурой и однимP-Nпереходом.

Слой Р- акцепторная примесь ( основные носители — дырки ). СлойN- донорная примесь (основные носители — электроны).

Обозначение на схемах:

Катод

VилиVD- обозначение диодаVS– обозначение диодной сборки

V7 Цифра послеV, показывает номер диода в схеме Анод – это полупроводникP-типа Катод – это полупроводник N-типа

Анод

При приложении внешнего напряжения к диоду в прямом направлении («+» на анод, а « — » на катод) уменьшается потенциальный барьер, увеличивается диффузия – диод открыт (закоротка).

При приложении напряжения в обратном направлении увеличивается потенциальный барьер, прекращается диффузия – диод закрыт (разрыв).

Вольт-амперная характеристика (вах) полупроводникового диода

Uэл.проб.= 10 ÷1000 В – напряжение электрического пробоя.

Uнас.= 0,3 ÷ 1 В – напряжение насыщения.

IaиUa– анодный ток и напряжение.

Участок I:– рабочий участок (прямая ветвь ВАХ)

Участки II,III,IV, — обратная ветвь ВАХ (не рабочий участок)

Участок II:Если приложить к диоду обратное напряжение – диод закрыт, но все равно через него будет протекать малый обратный ток (ток дрейфа, тепловой ток), обусловленный движением не основных носителей.

Участок III:Участок электрического пробоя. Если приложить достаточно большое напряжение, неосновные носители будут разгоняться и при соударении с узлами кристаллической решетки происходит ударная ионизация, которая в свою очередь приводит к лавинному пробою (вследствие чего резко возрастает ток)

Электрический пробой является обратимым, после снятия напряжения P-N-переход восстанавливается.

Участок IV:Участок теплового пробоя. Возрастает ток, следовательно, увеличивается мощность, что приводит к нагреву диода и он сгорает.

Тепловой пробой — необратим.

Вслед за электрическим пробоем, очень быстро следует тепловой, поэтому диоды при электрическом пробое не работают.

Читайте так же:  Как подключить счетчик самостоятельно однофазный и трехфазный

Основные параметры полупроводниковых приборов

1. Максимально допустимый средний за период прямой ток (IПР. СР.)

— это такой ток, который диод способен пропустить в прямом направлении.

Величина допустимого среднего за период прямого тока равна 70% от тока теплового пробоя.

По прямому току диоды делятся на три группы:

  1. Диоды малой мощности (IПР.СР

  2. Диоды средней мощности (0,3

  3. Диоды большой мощности (IПР.СР > 10 А)

Диоды малой мощности не требуют дополнительного теплоотвода (тепло отводится с помощью корпуса диода)

Для диодов средней и большой мощности, которые не эффективно отводят тепло своими корпусами, требуется дополнительны теплоотвод (радиатор – кубик металла, в котором с помощью литья или фрезерования делают шипы, в результате чего возрастает поверхность теплоотвода. Материал — медь, бронза, алюминий, силумин)

2. Постоянное прямое напряжение(Uпр.)

Постоянное прямое напряжение – это падение напряжения между анодом и катодом при протекании максимально допустимого прямого постоянного тока.

Проявляется особенно при малом напряжении питания.

Постоянное прямое напряжение зависит от материала диодов (германий — Ge, кремний -Si)

Uпр. Ge≈ 0.3÷0.5 В (Германиевые) Uпр. Si≈ 0.5÷1 В (Кремниевые)

Германиевые диоды обозначают – ГД (1Д) Кремниевые диоды обозначают – КД (2Д)

3. Повторяющееся импульсное обратное максимальное напряжение(Uобр. max)

Электрический пробой идет по амплитудному значению (импульсу) Uобр. max≈ 0.7UЭл. пробоя (10÷100 В)

Для мощных диодов Uобр. max= 1200 В.

Этот параметр иногда называют классом диода (12 класс -Uобр. max= 1200 В)

4. Максимальный обратный ток диода(Imax ..обр.)

Соответствует максимальному обратному напряжению (составляет единицы mA).

Для кремниевых диодов максимальный обратный ток в два раза меньше, чем для германиевых.

5. Дифференциальное (динамическое) сопротивление.

2 Порядок выполнения работы

1. Собрать
схему экспериментальной установки по
рис. 1.4.

Лекция 1. Полупроводниковые диоды

Рис. 1.4. Схема измерения
ВАХ диода

На
этой схеме источник напряжения «RegY5B»
позволяет регулировать прямое напряжение
диода VD
от 0 до 5 В с шагом 0,05 В нажатием на клавишу
«Y»
(увеличение напряжения) или «Shift
+ Y»
(уменьшение напряжения). Источник
напряжения «RegU100B»
позволяет регулировать обратное
напряжение диода VD
от 0 до 100 В с шагом 1 В нажатием на клавишу
«U»
(увеличение напряжения) или «Shift
+ U»
(уменьшение напряжения).

Вольтметр
V1
измеряет напряжение на диоде, а амперметр
А1 показывает ток диода. Вольтметр V2
является вспомогательным и его показания
(напряжение источника «RegU100B»)
записывать не требуется.

Переключатели
S1.1
и S1.2
переключаются одновременно нажатием
на клавишу «Пробел» (Space).
Переключатель S1.1
в левом положении подключает к диоду
источник прямого напряжения, а в правом
положении подключает к диоду источник
обратного напряжения. Переключатель
S1.2
подключает вольтметр V1
непосредственно к диоду при измерении
малых прямых напряжений для исключения
погрешности за счет падения напряжения
на амперметре А1. При измерении малых
обратных токов диода этот переключатель
подключает амперметр А1 непосредственно
к диоду для исключения погрешности за
счет утечка тока через вольтметр V1.

Резистор
R1
в схеме предназначен для ограничения
обратного тока диода при высоких обратных
напряжениях. Модель диода VD
выбирается по указанию преподавателя.

2. Измерить
напряжения и токи диода для прямой ветви
его ВАХ. Для этого включить режим
моделирования и перевести переключатель
S1.1
в
левое по схеме положение. Регулируя
прямое напряжение нажатием на клавишу
«Y»
или «Shift
+ Y»
записать показания приборов в табл. 1.1.

Таблица
1.1

Прямая
ветвь ВАХ полупроводникового диода

UF,
В

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

IF,
А

3. Измерить
напряжения и токи диода для обратной
ветви его ВАХ. Для этого перевести
переключатель S1.1
в
правое по схеме положение. Регулируя
обратное напряжение нажатием на клавишу
«U»
или «Shift
+ U»
записать показания приборов в табл. 1.2.

Таблица
1.2

Обратная
ветвь ВАХ полупроводникового диода

UR,
В

UBR

IR,
А

Всего
провести 8-10 измерений, ограничившись
напряжением, близким к напряжению пробоя
диода UBR.
Режим пробоя проявляется значительным
увеличением обратного тока через диод
при увеличении приложенного к нему
обратного напряжения.

4. Построить
ВАХ диода по результатам эксперимента,
определить по ней основные параметры
диода. На этом же графике выполнить
кусочно-линейную аппроксимацию ВАХ и
определить параметры линейной
эквивалентной схемы диода. Начертить
эквивалентную схему диода, на которой
указать численные значения параметров
элементов схемы. Ток IF
(рис. 1.2) задается преподавателем.

ВАХ полупроводникового диода

Вах-вах-вах… Обычно эти слова употребляют, рассказывая анекдоты про кавказцев))) Кавказцев прошу не обижаться – я уважаю Кавказ. Но, как говорится, из песни слов не выкинешь. Да и в нашем случае это слово имеет другой смысл. Да и не слово это даже, а аббревиатура.

Читайте так же:  Отражение света

ВАХ – это вольт амперная характеристика. Ну а нас в этом разделе интересует вольт амперная характеристика полупроводникового диода.

График ВАХ диода показан на рис. 6.

Лекция 1. Полупроводниковые диоды

Рис. 6. ВАХ полупроводникового диода.

На графике изображены ВАХ для прямого и обратного включения диода. Ещё говорят, прямая и обратная ветвь вольт-амперной характеристики. Прямая ветвь (Iпр и Uпр) отображает характеристики диода при прямом включении (то есть когда на анод подаётся «плюс»). Обратная ветвь (Iобр и Uобр) отображает характеристики диода при обратном включении (то есть когда на анод подаётся «минус»).

На рис. 6 синяя толстая линия – это характеристика германиевого диода (Ge), а чёрная тонкая линия – характеристика кремниевого (Si) диода. На рисунке не указаны единицы измерения для осей тока и напряжения, так как они зависят от конкретной марки диода.

Что же мы видим на графике? Ну для начала определим, как и для любой плоской системы координат, четыре координатных угла (квадранта). Напомню, что первым считается квадрант, который находится справа вверху (то есть там, где у нас буквы Ge и Si). Далее квадранты отсчитываются против часовой стрелки.

Итак, II-й и IV-й квадранты у нас пустые. Это потому, что мы можем включить диод только двумя способами – в прямом или в обратном направлении. Невозможна ситуация, когда, например, через диод протекает обратный ток и одновременно он включен в прямом направлении, или, иными словами, невозможно на один вывод одновременно подать и «плюс» и «минус». Точнее, это возможно, но тогда это будет короткое замыкание))). Остаётся рассмотреть только два случая – прямое включение диода и обратное включение диода.

График прямого включения нарисован в первом квадранте. Отсюда видно, что чем больше напряжение, тем больше ток. Причём до какого-то момента напряжение растёт быстрее, чем ток. Но затем наступает перелом, и напряжение почти не меняется, а ток начинает расти. Для большинства диодов этот перелом наступает в диапазоне 0,5…1 В. Именно это напряжение, как говорят, «падает» на диоде. То есть если вы подключите лампочку по первой схеме на рис. 3, а напряжение батареи питания у вас будет 9 В, то на лампочку попадёт уже не 9 В, а 8,5 или даже 8 (зависит от типа диода). Эти 0,5…1 В и есть падение напряжения на диоде. Медленный рост тока до напряжения 0,5…1В означает, что на этом участке ток через диод практически не идёт даже в прямом направлении.

График обратного включения нарисован в третьем квадранте. Отсюда видно, что на значительном участке ток почти не изменяется, а затем увеличивается лавинообразно. Что это значит? Если вы включите лампочку по второй схеме на рис. 3, то светиться она не будет, потому что диод в обратном направлении ток не пропускает (точнее, пропускает, как видно на графике, но этот ток настолько мал, что лампа светиться не будет). Но диод не может сдерживать напряжение бесконечно. Если увеличить, напряжение, например, до нескольких сотен вольт, то это высокое напряжение «пробьёт» диод (см. перегиб на обратной ветви графика) и ток через диод будет течь. Вот только «пробой» — это процесс необратимый (для диодов). То есть такой «пробой» приведет к выгоранию диода и он либо вообще перестанет пропускать ток в любом направлении, либо наоборот – будет пропускать ток во всех направлениях.

В характеристиках конкретных диодов всегда указывается максимальное обратное напряжение – то есть напряжение, которое может выдержать диод без «пробоя» при включении в обратном направлении. Это нужно обязательно учитывать при разработке устройств, где применяются диоды.

Сравнивая характеристики кремниевого и германиевого диодов, можно сделать вывод, что в p-n-переходах кремниевого диода прямой и обратный токи меньше, чем в германиевом диоде (при одинаковых значениях напряжения на выводах). Это связано с тем, что у кремния больше ширина запрещённой зоны и для перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости им необходимо сообщить большую дополнительную энергию.

Список источников

  • StudFiles.net
  • www.ngpedia.ru
  • 10i5.ru
Ссылка на основную публикацию