Модуль 1. Элементы электронных схем

СРО1 «Расчет элементов электронных схем»

Цель СРО: СРО предназначена для получения навыков расчета полупроводникового диода, используя его вольт-амперную характеристику, h – параметров и характеристик транзистора графоаналитическим методом, а так же самостоятельной работы с учебной и справочной литературой.

Правила выполнения СРО: номер варианта соответствует номеру студента в алфавитном списке группы.

Трудоемкость СРО: 40 часов.

 

Количество недель на выполнение задания: 9 недель.

 

Этапы выполнения СРО:

1. Ознакомиться с примерами решения задач;

2. Произвести расчет по заданному варианту;

3. Оформить решение согласно требованиям.

Задание СРО.

Задача 1. «Расчет диода в электрической цепи»

 

Задание 1.

1. Пользуясь вольт-амперной характеристикой полупроводникового диода определить сопротивление постоянному току при прямом U_пр и обратном U_обр напряжениях при двух значениях температуры Т₁ и Т₂.

2. Необходимо пояснить влияние температуры на параметры диода, пояснить систему обозначений полупроводниковых диодов, перечислить основные параметры диодов, приведя их буквенные выражения;

Численные значения исходных величин приведены в таблице 1.1.

 

Таблица 1.1. Исходные данные

Параметры	Номер варианта
	1 11 21 31	2 12 22 32	3 13 23 33	4 14 24 34	5 15 25 35	6 16 26 36	7 17 27 37	8 18 28 38	9 19 29 39	10 20 30 40
№ рисунка	1.1	1.2	1.1	1.2	1.1	1.2	1.1	1.2	1.1	1.2
Uпр, В	0,4	0,6	0,5	0,7	0,45	0,8	0,56	0,9	0,6	1
Uобр, В	50	100	75	150	100	200	125	250	150	300
Т1, К^0	25	298	-60	298	25	213	-60	213	-60	298
Т2, К^0	125	393	25	393	125	298	25	298	25	393

Рисунок 1.1. Вольт-амперная характеристика диода

 

Рисунок 1.2. Вольт-амперная характеристика диода

Пример выполнения:

Задана вольт-амперная характеристика полупроводникового диода. Определить сопротивление постоянному току при прямом U_пр=0,6 В и обратном U_обр=15 В напряжениях при двух значениях температуры Т₁=298 К⁰ и Т₂=333 К⁰.

Рисунок 1.3. Вольт-амперная характеристика диода

 

Решение.

На вольт-амперной характеристике (рис. 1.3), соответствующей температуре Т₁=298 К⁰, отмечается рабочие точки при прямом напряжении U_пр=0,6 В (точка А) и при обратном напряжении U_обр=15 В (точка В). По характеристике определяется величина прямого тока в точке А: I_пр=3,1 мА и обратного тока в точке В: I_обр=50 мкА. Сопротивление постоянному току определяется по закону Ома:

 Ом;

 Ом.

 

Аналогично определяется сопротивление диода при другом значении температуры.

Вольт-амперные характеристики, снятые при различной температуре, наглядно показывают, что свойство полупроводниковых диодов сильно зависят от температуры. При повышении температуры прямой и обратный токи растут. Очень сильно увеличивается обратный ток.

Кроме того при повышении температуры снижается напряжение, при котором начинается электрический пробой, несколько возрастает барьерная емкость диода.

При выпрямлении более высоких напряжений допускается соединять диоды последовательно для того, чтобы обратное напряжение на каждом диоде не превышало допустимого значения, указанного в справочнике.

 

Задание 2.

1. Рассчитать необходимое количество последовательно соединенных диодов, если максимально допустимое постоянное обратное напряжение диода составляет U_обр.max, максимальное значение обратного напряжения в схеме выпрямления на ветви с последовательно включенными диодами Uʹ_обр.max.

Определить величину обратного напряжения на каждом диоде, если обратные сопротивления диодов r_обр1, r_обр2, r_обр3. Сделайте выводы по результатам расчетов. Поясните причину неравномерного распределения и способы выравнивания обратного напряжения на диодах.

2. Рассчитать необходимое количество параллельно соединенных диодов, если максимально допустимый прямой ток одного диода составляет I_пр.max, а ток нагрузки I_н. Сделайте выводы по результатам расчетов. Поясните причину неравномерного распределения и способы выравнивания токов параллельно включенных диодов.

Численные значения исходных величин приведены в таблице 1.2.

 

 

Таблица 1.2. Исходные данные

Параметры	Номер варианта
	1 11 21 31	2 12 22 32	3 13 23 33	4 14 24 34	5 15 25 35	6 16 26 36	7 17 27 37	8 18 28 38	9 19 29 39	10 20 30 40
Uобр.max, В	800	50	200	150	100	400	30	300	420	100
Uʹобр.max	1300	125	500	400	250	1200	75	800	100	250
rобр1, МОм	0,7	0,5	4	150	20	8	6	6	0,4	0,05
rобр2, МОм	0,75	0,6	4,5	130	23	7,5	5	5,5	0,37	0,045
rобр3, МОм	0,8	0,45	3,8	140	17	7	6,5	6,3	0,43	0,52
Iпр.max, мА	5000	300	100	50	30	300	20	400	10·10^3	3·10^3
Iн, мА	8000	1000	250	125	80	750	75	1000	32·10^3	8·10^3

Пример выполнения:

Амплитуда обратного напряжения в схеме выпрямителя составляет Uʹ_обр.max=800 В. Применяются диоды с U_обр.max=300 В. Рассчитать необходимое количество последовательно соединенных диодов. Обратные сопротивления диодов соответственно равны: r_обр1=2 МОм, r_обр2= r_обр3=1 МОм.

 

Решение.

Расчет количества последовательно соединенных диодов

.

Принимаем 3 диода.

Рисунок 1.4 – Схема последовательного соединения двух диодов и их ВАХ

 

Обратные напряжения распределяются прямо пропорционально обратным сопротивлениям, поэтому:

 В;

 В;

На первом диоде обратное напряжение оказалось выше допустимого и он может быть пробит. Далее произойдет последовательный пробой всех диодов.

Для равномерного распределения обратного напряжения последовательно соединенные диоды шунтируют резисторами R_ш, сопротивления которых должны быть одинаковые и значительно меньше наименьших из обратных сопротивлений диодов (рис. 1.5а). Но вместе с тем сопротивление R_ш не должно быть слишком малым, чтобы чрезмерно не возрос ток при обратном напряжении и не ухудшилось выпрямление.

Параллельное соединение диодов (рисунок 1.5б) применяют, когда необходимо получить прямой ток больше допустимого тока одного диода. Число диодов определяется из выражения . Вследствие неодинаковости вольт-амперных характеристик однотипных диодов, они окажутся различно нагруженными и в некоторых диодах ток окажется больше допустимого прямого тока. Для равномерного распределения тока между диодами последовательно с ними включают резисторы R₀, сопротивления которых составляет доли Ом или единицы Ом.

Рисунок 1.5.