Определение прямой ветви вах диода

Из выше изложенного следует, что прямой максимальный ток Iпр. мах и обратное максимальное напряжение Uобр. макс являются определяющими факторами при выборе диода.

Теперь теоретически мы знаем, что диод в одну сторону пропускает ток, а в другую нет. В настоящей работе мы экспериментально проверим это свойство.

3.2.  Полупроводнико́вый стабилитро́н, или диод Зенера — полупроводниковый диод, работающий при обратном напряжении, когда на анод подают отрицательный потенциал, в режиме начинающегося пробоя. До этого режима через стабилитрон протекает незначительный ток утечки, а его сопротивление весьма высоко. При наступлении пробоя ток через стабилитрон резко возрастает, а его дифференциальное сопротивление падает до величины, составляющей для различных приборов от долей ома до сотен ом. Рабочим участком вольтамперной характеристики (режимом стабилизации) является участок обратной ветви, который почти параллелен оси токов (рис.2). Если ток стабилитрона превысит максимальный ток стабилизации возникнет необратимый электрический пробой, то есть стабилитрон сгорит.

Основное назначение стабилитронов — стабилизация напряжения. Серийные стабилитроны изготавливаются на напряжения от 3 В до 400 В. Если менее 3 В их называют стабисторами и они работают на прямой ветви характеристики. В нашей работе используется стабилитрон на номинальное напряжение стабилизации 5,6 В.

Рисунок 3. ВАХ стабилитрона Рисунок 4. Стабилизатор напряжения    

В простейших (параметрических) стабилизаторах стабилизация напряжения Uн на нагрузке основана на свойстве стабилитрона сохранять постоянство напряжения при изменении (в определенных пределах) проходящего через него тока. Схема простейшего параметрического стабилизатора на полупроводниковом стабилитроне изображена на рис.3. Если входное напряжение стабилизатора Uвx увеличится при неизменном сопротивлении нагрузки Rн из-за повышения напряжения сети, то в соответствии с вольтамперной характеристикой стабилитрона незначительное увеличение напряжения на нем приведет к значительному увеличению тока Iст, протекающего через стабилитрон. Следовательно, увеличатся ток потребляемый из сети 1б=Iст+Iн и падение напряжения IбRб на балластном сопротивлении Rб. На основании второго закона Кирхгофа произойдет перераспределение напряжений цепи (Uн=Uвх – IбRб) и выходное напряжение Uн изменится незначительно.

При неизменном входном напряжении Uвx и увеличении тока нагрузки Iн, увеличится 1б, что увеличит падение напряжения IбRб на балластном сопротивлении Rб и, следовательно, уменьшит напряжение на стабилитроне. В соответствии с характеристикой стабилитрона уменьшится ток стабилитрона Iст, соответственно уменьшится IбRб и выходное напряжение Uн=Uвх – IбRб изменится незначительно.

Для нормальной работы стабилизатора необходимо обеспечить условия, при которых ток стабилитрона не должен выходить за пределы рабочего диапазона I сm min + Icm mах. Поэтому величину балластного сопротивления выбирают из условия

где номинальный ток стабилизации,  Iн—ток нагрузки.

Коэффициент стабилизации характеризующий стабильность выходного напряжения Uн , при изменении входного напряжения Uвх показывает, во сколько раз напряжение на выходе стабилизатора при постоянной нагрузке изменяется меньше относительно изменения напря — жения на входе:

,

где rД – дифференциальное сопротивление стабилитрона,

изменения соответствующих напряжений.

3.3.Принцип работы светоизлучающих диодов (светодиодов) основан на излучающей рекомбинации в объеме р-n перехода при инжекции (увеличении концентрации) неосновных носителей заряда под действием прямого напряжения. В результате чего переход испускает электромагнитные волны в узком диапазоне спектра, которые могут находиться в световом (видимом) или инфракрасном (невидимом) диапазоне. Диапазон излучения светодиода зависит от химического состава использованных полупроводников (арсенид галия, галия фосфид, галия нитрид и другие).

Вольт-амперная характеристика светодиодов аналогична вах диода. Главные электрические характеристики светодиодов это номинальные напряжение и сила тока. Обычно светодиоды рассчитаны на силу тока в 20 мА, но бывают и исключения, например четырехкристальные светодиоды обычно рассчитаны на 80 мА, в свою очередь одноватные светодиоды обычно потребляют 300-400 мА. Рабочее напряжение светодиода зависит от полупроводникового материала, из которого он сделан.

Примерные напряжения светодиодов в зависимости от цвета

Светодиоды характеризуются и оптическими характеристиками: цвет свечения, яркость свечения, угол излучения.

Зависимость яркости от температуры практически линейная, в интервале рабочей температуры яркость может изменяться в 2-3 раза. Светодиоды обладают высоким быстродействием (наносекунды).

Правила подключения светодиодов

Светодиод пропускает электрический ток только в одном направлении, а это значит что для того чтобы светодиод излучал свет, он должен быть правильно подключен. У светодиода два контакта: анод(плюс) и катод (минус). Обычно, длинный контакт у светодиода — это анод, но бывают и исключения. Плюс источника следует подключать к плюсу светодиода. Обратное допустимое напряжение светодиодов не велико и составляет несколько вольт, поэтому при неправильной полярности подключения они сгорают. Светодиодам важно не только правильная полярность подключения и нужное значение напряжения, но и оптимальная сила тока. Поэтому последовательно с ним всегда необходимо подключать резистор, который наклоняет прямую ветвь вах направо. Если это не сделать, то незначительное увеличение напряжения питания (сети) вызовет очень большое увеличение тока и светодиод сгорит. Иногда этим правилом пренебрегают, но результат чаще всего один — светодиод или сразу сгорает, или его ресурс значительно сокращается.

Инфракрасные светодиоды используют для передачи информации на расстояние, например, для управления телевизором с пульта управления. Светодиоды видимого излучения используют для освещения и индикации различных состояний устройств.

Важными достоинствами светоизлучающих диодов является малая потребляемая мощность, высокая чистота цвета свечения, стабильность цвета свечения от времени наработки и температуры и конечно огромный срок службы — до 50 000 часов (лампы накаливания – 1000 часов, люминесцентные – 7000 часов).

4.  Порядок выполнения работы

4.1. Экспериментальное определение направления проводимости диода и его вольтамперной характеристики (ВАХ).

Известно устройство Keithley 2400, которое автоматически определяет ВАХ диода. Оно состоит из генератора пилообразного напряжения, измерителя тока и работает совместно с интерфейсом LabTracer и компьютером. Результат измерения представлен в цифровом и графическом виде.

Настоящая работа выполняется на лабораторном модуле «полупроводниковые приборы», представленном на рис.1, для чего собрать схему по рис.5. На схеме обозначены внешние компоненты: диод VD типа 2Д102Б и мультиметры один с пределом измерения 200 мА другой – 2 В.

Рисунок 5. Определение прямой ветви ВАХ диода

Установить значение сопротивления Rн равным нулю для чего переместить его движок в крайнее верхнее положение. Сопротивлением RP1 установить напряжение Uвх равное нулю переместив его движок в крайнее нижнее положение. Подать на клеммы «+,-» напряжение 12 В. Увеличивая Uвх сопротивлением RP1 установить ток в цепи 50 мА затем снижая его до нуля определить по показаниям приборов пять точек прямой ветви ВАХ. Результаты занести в таблицу 4.