Схема однополупериодного выпрямителя
Полупроводниковые диоды
Полупроводниковый диод – это прибор с двумя выводами, принцип действия которого основан на использовании свойств p-n перехода.
Обозначение:
VD
Стрелка указывает направление прямого тока 
. Диод – это несимметричный p-n переход.
Выпрямительный диод
Назначение выпрямительного диода – преобразование переменного напряжения в постоянное.
Работа выпрямительного диода основана на его односторонней проводимости.
Схема однополупериодного выпрямителя
Трансформатор служит для понижения входного напряжения 
до значения 
. U2
0 + t
| Т |
IД
0 t
UВЫХ
заряд
разряд
0 t
При положительной полуволне напряжения диод находится под прямым напряжением, сопротивление диода мало, через него протекает ток 
, который создает на нагрузке падение напряжения 
(закон Ома). При отрицательной полуволне напряжения 
диод находится под обратным напряжением, его сопротивление велико, через диод ток не протекает. При этом и падение напряжения на нагрузке будет 
.
Таким образом, через диод и нагрузку протекает пульсирующий ток (то он есть, то его нет).
Для сглаживания пульсаций параллельно сопротивлению нагрузки 
подключают блокировочный конденсатор 
.
Механизм сглаживания пульсаций:
При положительной полуволне конденсатор быстро заряжается через малое сопротивление открытого диода.
При отрицательной полуволне конденсатор медленно разряжается через относительно большое сопротивление нагрузки.
В результате выходное напряжение приближается к постоянному напряжению.
Чем больше емкость блокировочного конденсатора и чем больше сопротивление нагрузки, тем меньше пульсации.
Емкость блокировочного конденсатора выбирается из условия: реактивное сопротивление конденсатора должно быть много меньше сопротивления нагрузки, т.е. 
.
В электронной технике понятие «много» означает на порядок, поэтому данное неравенство можно переписать: 
.
Учитывая, что 
, получим: 
.
Отсюда выражаем 
или
, где 
Таким образом, зная частоту входного сигнала и сопротивление нагрузки, легко определить емкость блокировочного конденсатора.
Конденсатор пропускает переменный ток и не пропускает постоянный.
Докажем это. Для постоянного тока 
, следовательно, реактивное сопротивление конденсатора в этом случае будет стремиться к бесконечности, а через бесконечно большое сопротивление ток протекать не может.
Стабилитрон
Стабилитрон – это полупроводниковый диод, у которого обратная ветвь ВАХ используется для стабилизации напряжения.
Рабочим участком стабилитрона является область электрического пробоя, а рабочим напряжением – напряжение пробоя.
В качестве стабилитронов используют кремниевые диоды, обладающие бо́льшей устойчивостью к тепловому пробою.
Обозначение: Пример: КС182А
ВАХ стабилитрона:
IПР
UОБР UСТ НОМ 0 1В UПР
IСТ НОМ
IОБР
Одним из характерных параметров стабилитрона является температурный коэффициент напряжения стабилизации:
- напряжение стабилизации при температуре 
;
- напряжение стабилизации при температуре 
;
- разность температур.
показывает относительное изменение напряжения стабилизации при изменении температуры на 1К.
бывают больше и меньше нуля.Обычно используют стабилитроны с 
, работающие на лавинном пробое.
Иногда в качестве рабочего участка стабилитрона используется прямая ветвь ВАХ, имеющая 
- такие стабилитроны называются стабисторами.
Для компенсации температурных изменений последовательно со стабилитроном включают 1 или несколько стабисторов:
- стабилитрон ( 
)
- стабистор ( 
) 
Созданные по данному принципу стабилитроны называются прецизионными (например, КС191А). Прецизионные стабилитроны обладают высокой температурной стабильностью и высокой точностью стабилизации. Используются они в качестве источников опорного (эталонного) напряжения в цифровых схемах.
Вместо стабистора можно использовать обычный выпрямительный диод, у которого прямая ветвь ВАХ также имеет 
.
Применение стабилитронов:
· Стабилизаторы напряжений.
· Источники опорного напряжения в цифровых схемах.
Фотодиод
Фотодиоды – это полупроводниковые диоды, преобразующие световую энергию в энергию электрическую.
Обозначение:
Изготавливают фотодиоды из германия и кремния. Работает фотодиод при обратном включении.
Устройство:
P-n переход помещается в металлический корпус со стеклянным окном.
Принцип работы:
Принцип работы фотодиода основан на внутреннем и внешнем фотоэффекте. Когда диод не освещен, в цепи протекает обратный темновой ток небольшой величины 
. При освещении фотодиода происходит фотогенерация пар НЗ (т.е. возникает внутренний фотоэффект – валентные электроны, получив световую энергию фотонов, переходят из ВЗ в ЗП). Проводимость диода при этом возрастает, следовательно, возрастает обратный ток фотодиода до значения 
. Разность между световым и темновым токами называется фототоком: 
Фотодиод может включаться в схему как с внешним источником питания (фотодиодный режим), так и без него (ве́нтильный режим).
(Используется при слабых световых (Используется при мощных
потоках) световых потоках, например,
солнечное излучение)
| hν |
p n
ННЗ Ө
ЕВН 
ННЗ
ЕВНЕШН
| UОБР |
а) Пусть имеется поток фотонов с энергией 
. Образовавшиеся за счет фотогенерации НЗ диффундируют к переходу. Суммарное поле перехода ( 
) является ускоряющим для ННЗ, поэтому ННЗ перебрасываются полем в соседние области, образуя световой ток .
б) Пусть освещение перехода отсутствует. В этом случае фотогенерация также будет отсутствовать, поэтому через переход суммарным полем будут перебрасываться в небольшом количестве ННЗ, образованные за счет генерации, и через диод будет протекать темновой ток небольшой величины.
Рассмотрим ве́нтильный режим:
В этом режиме будут происходить те же самые процессы, что и в фотодиодном режиме, только переброс ННЗ через переход будет осуществляться исключительно за счет внутреннего поля 
.
Применение фотодиодов:
· В вычислительной технике фотодиоды используют в устройствах ввода-вывода информации, т.к. фотодиоды обладают хорошей развязкой между входом и выходом (отсутствует электрическая связь между входом и выходом).
· В кино-, фото-аппаратуре.
· В оптронах в качестве фотоприёмников.
· Вентили – в качестве солнечных батарей.
Светодиод
Светодиоды – это полупроводниковые диоды, преобразующие электрическую энергию в световую.
Обозначение:Пример: АЛ102Б, АЛ307А
Светодиоды работают при прямом включении.
Принцип работы:
Под действием прямого напряжения ОНЗ диффундируют в соседние области, где они рекомбинируют с зарядами противоположного знака. Рекомбинация сопровождается переходом электронов из ЗП в ВЗ. При этом выделяется энергия в виде квантов излучения 
.
W(эВ)
Ө
WП
hv 
WВ
Для получения видимого излучения, необходимо, чтобы ширина запрещенной зоны находилась в пределах: 
.
Отсюда видно, что германий и кремний для изготовления светодиодов непригодны, т.к. они имеют ширину запрещенной зоны меньшую, чем необходимо для видимого излучения ( 
).
Для изготовления светодиодов применяется фосфид галлия (GaP), карбид кремния (SiC), тройные соединения, называемые твердыми растворами и состоящими из галлия, алюминия и мышьяка (Ga, Al, As) или галлия, мышьяка, фосфора (Ga, As, P).
Внесение в полупроводник некоторых примесей позволяет получить свечение различного цвета.
Кроме светодиодов, дающих видимое свечение, используются светодиоды инфракрасного излучения на основе арсенида галлия (GaAs), у которого 
. Они применяются в фотореле, различных датчиках, пультах, входят в состав некоторых оптронов.
Конструктивно светодиоды выполняются:
· В непрозрачных корпусах с линзой, обеспечивающей направленное излучение.
· В прозрачном пластмассовом корпусе, создающем рассеянное излучение.
· В бескорпусном варианте.
Применение:
Индикация, реле, датчики, пульты.
Транзисторы
Дата добавления: 2017-02-20; просмотров: 994;