СТАТИЧЕСКОЕ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Свойства нелинейного сопротивления могут быть охарактеризованы либо его ВАХ, либо зависимостями его статического и дифференциального сопротивлений от тока (или напряжения).

Статическое сопротивление R_ст характеризует поведение НС в режиме неизменного тока. Оно равно отношению напряжения на НС; к протекающему по нему току:

R_ст численно равно тангенсу угла а между осью ординат и прямой, идущей в точку b (рис. 5.16а) умноженному на отношение масштабов по осям m_u/m_I.

При переходе от одной точки ВАХ к соседней статическое сопротивление изменяется.

Под дифференциальным сопротивлением R_Д принято понимать отношение малого (теоретически бесконечно малого) приращения напряжения dU на НС к соответствующему приращению тока dI:

Дифференциальное сопротивление численно равно тангенсу угла в (рис. 5.16а) наклона касательной к ВАХ в рабочей точке, умноженному на m_u/m_I.. Оно характеризует поведение НС при достаточно малых отклонениях от предшествующего состояния, т. е. приращение напряжения на НС связано с приращением тока, проходящим, через него, соотношением dU = R_ДdI.

Если ВАХ НС имеет падающий участок, т. е. такой участок, на котором увеличению напряжения на ∆U соответствует убыль тока на величину ∆I, что имеет место, например, для электрической дуги (см. ее ВАХ на рис. 5.1д), то дифференциальное сопротивление на этом участке отрицательно.

Из двух сопротивлений (R_cr и R_Д) чаще применяют R_Д. Его импользуют, например, при замене НС эквивалентным линейным сопротив­лением и э. д. с. (см. п. 5.11), а также при исследовании устойчивости режимов работы нелинейных цепей.

Пример 18. Построить кривые зависимости R_CT и R_Д. в функции от тока I для нелинейного сопротивления, ВАХ которого изображена на рис. 5.16а. Кривые построены на рис. 5.16б.

ЗАМЕНА НЕЛИНЕЙНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭКВИВАЛЕНТНЫМ ЛИНЕЙНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ И Э.Д.С.

Если заранее известно, что изображающая точка будет переме­щаться лишь по определенному участку ВАХ НС и этот участок может быть с известной степенью приближения заменен прямой линией, то НС при расчете может быть заменено эквивалентным линейным сопротивлением и источником э. д. с. Положим, что рабочая точка будет перемещаться лишь по участку аb рис. 5.16, а (см. также рис. 5.17). Для этого участка

Замена НС на линейное сопротивление и э. д. с. удобна тем, что после та-кой замены вся схема становиться линейной и ее работа может быть исследована методами, разработанными для линейных цепей. Однако приэтом необходимо внимательно следить за тем, чтобы рабочая точка не выходила за пределы линейного участка ВАХ.

Пример 19. Выразить аналитически участок ВАХ рис. 5.16а в интервале между точками а и с.

СТАБИЛИЗАТОР ТОКА

Стабилизатором тока называют устройство, которое способно под-держивать в нагрузке неизменный ток при изменении сопротивления нагрузки и при изменении напряжения на входе всей схемы.

Стабилизацию постоянного тока можно производить с помощью различных схем. Простейшей схемой стабилизатора тока является схема рис. 5.19. В ней последовательно с нагрузкой R_Д включено НС типа бареттера Б. На рис. 5.20 приведена ВАХ бареттера 0.3Б17-35. Первая цифра означает величину тока в амперах, который бареттер способен поддерживать постоянным, цифры 17-35 показывают область изменения напряжения на бареттере в вольтах на участке бареттирования (поддержания постоянства тока).

Рисунок 5.19

Пример 20. Бареттер 0.3Б17-35 используется для стабилизации тока на-кала электронной лампы. Номинальный ток накала 0,3А, напряжение 6В. Требуется найти, в каких пределах можно изменять напряжение U на входе схемы, чтобы ток нити накала лампы оставался неизменным и равным 0,3А.

Рисунок 5.20

Решение. Находим сопротивление нити накала лампы:

Проводим через точки а и b (рис. 5.20), ограничивающие участок бареттирования, две прямые под углом α (tgα с учетом масштабов по осям численно равен 20) к вертикали. По рис. 5.20 определяем, что напряжение U можно изменять в интервале 23-41В.

Пример 21. В схему предыдущей задачи введено последовательное сопротивление R₁. Полагая напряжение на входе схемы неизменным и равным 41В, найти, до какого максимального значения R₁ в схеме будет иметь место стабилизация тока.

Решение. Если R₁ = 0 и U = 41В, то рабочий режим характеризуется положением точки b(рис. 5.20). С увеличением сопротивления R₁ рабочая точка ВАХ перемещается по направлению к точке а. В граничном режиме в точке а

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Стабилизатором напряжения называют устройство, напряжение на выходе которого U_H поддерживается постоянным или почти постоянным при изменении сопротивления нагрузки R_Н или величины напряжения U₁ на входе устройства.

Рисунок 5.21

На рис. 5.22 изображена ВАХ стабиловольта 150С5-30.

При анализе работы стабилизатора определяют пределы допустимых изменений U₁ при R_n = const, а также исследуют работу стабилизатора при одновременном изменении U₁ и R_Н.

Для оценки качества работы стабилизатора иногда пользуются понятием коэффициента стабилизации. Под ним понимают отношение относительного приращения напряжения на входе стабилизатора (∆ U₁/U₂) к относительному приращению напряжения на выходе стабилизатора (∆ U_H/U_H).

Пример 22. В схеме рис. 5.21 R_Н = 5 ком, R₆ = 2 ком. Характеристика стабиловольта соответствует рис. 5.25. Определить границы допустимого изменения U₁, чтобы стабилизатор давал на выходе стабилизированное напряжение 150В.

Рисунок 5.22

Решение. Воспользуемся методом эквивалентного генератора. Разомкнем ветвь стабиловольта и найдем напряжение холостого хода:

Определим входное сопротивление линейной части схемы (рис. 5.21) по отношению к зажимам аb:

На рис. 5.22 проведем две прямые (сплошные) линии через точки m и n ВАХ стабиловольта так, чтобы тангенс угла (образованного ими с вертикалью) Умноженный на m_U/m_I равнялся R_BX = 1427 ом.

Пример 23.На рис. 5.21 при R_б = 2кОм, характеристике стабиловольта рис. 5.22 и U₁ = 250В определить, в каких пределах можно изменять сопротивление нагрузки R_H, чтобы стабилизатор мог выполнять свои функции по стабилизации выходного напряжения.

Решение. Воспользовавшись методом эквивалентного генера­тора, определим

Задача сводится к определению значений R_H, при которых прямые, характеризующие R_BX, будут проходить через точки m и n ВАХ стабиловольта. В данном примере неизвестны ни тангенсы углов α, ни исходные точки на оси абсцисс, из которых должны быть проведены прямые, поэтому решаем задачу путем пробных построений. С этой целью задаемся значениями R_H, подсчитываем соответствующие им U_x.x и R_вх.

По данным таблицы проводим несколько лучей. Графически находим, что прямые (см. пунктирные прямые на рис. 5.22) пройдут через точки m и n соответственно при R_{н min} = 3,3 кОм и R_{H max} = 8 кОм.

Рисунок 5.23

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Источник

Как найти дифференциальное сопротивление диода

Рпр – прямая рассеиваемая мощность, значение мощности, рассеиваемой диодом при протекании прямого тока;

Pср – средняя рассеиваемая мощность диода, среднее за период значение мощности, рассеиваемой диодом при протекании прямого и обратного тока;

Rдиф – дифференциальное сопротивление диода, отношение малого приращения напряжения диода к малому приращению тока на нем при заданном режиме

(1.1)

Rnp.д. – прямое сопротивление диода по постоянному току, значение сопротивления диода, полученное как частное от деления постоянного прямого напряжения на диоде и соответствующего прямого тока

(1.2)

Rобр.д – обратное сопротивление диода; значение сопротивления диода, полученное как частное от деления постоянного обратного напряжения на диоде и соответствующего постоянного обратного тока

(1.3)

Максимально допустимые параметры определяют границы эксплуатационных режимов, при которых диод может работать с заданной вероятностью в течение установленного срока службы. К ним относятся: максимально допустимое постоянное обратное напряжение Uобр.max; максимально допустимый прямой ток Iпр.max, максимально допустимый средний прямой ток Iпр.ср.max, максимально допустимый средний выпрямленный токIвп.ср.max, максимально допустимая средняя рассеиваемая мощность диода Рср.max.

Указанные параметры приводятся в справочной литературе. Кроме того, их можно определить экспериментально и по вольтамперным характеристикам.

Задача 1.1 Рассчитать и сравнить Rдиф, Rпр.д для диода Д237Б при Iпр1= 75 мА.

Рисунок 1.2 – ВАХ диода Д237Б

Дифференциальное сопротивление находим как котангенс угла наклона касательной, проведенной к прямой ветви ВАХ в точке Iпр1= 75 мА (Rдиф

(1.4)

Задача 1.2 Прямое сопротивление диода находим как отношение постоянного напряжения на диоде Uпр=0,7В к соответствующему постоянному току Iпр1=75мА на прямой ветви ВАХ.

(1.5)

Видим, что Rдиф >Rпр.д, что говорит об односторонней проводимости диода. Вывод об односторонней проводимости можно сделать и непосредственно из анализа ВАХ: прямой ток Iпp

Как видно из рис.6.5, полупроводниковый диод является нелинейным элементом. Это означает, что связь между приложенным напряжением и током нелинейная, и закон Ома для диода не выполняется. Сопротивление диода зависит от приложенного напряжения. В этой связи вводится понятие дифференциального сопротивления

(6.2)

Зависимость силы тока от напряжения, приложенного к диоду, для диодов с плоским p-n переходом достаточно хорошо описывается выражением

, (6.3)

где I_s  величина обратного тока насыщения; R_v  сопротивление того объема полупроводника, который не участвует в образовании p-n перехода; e  элементарный заряд; k  постоянная Больцмана; T  термодинамическая температура. Используя выражение (6.3), дифференциальное сопротивление диода наиболее просто найти, преобразуя (6.2) следующим образом:

(6.4)

Простые вычисления дают следующую формулу для дифференциального сопротивления диода:

(6.5)

Величина kT/e составляет примерно 25 мВ при комнатной температуре. При относительно большом токе I первым слагаемым в (6.5) можно пренебречь, тогда

(6.6)

Следовательно, начиная с некоторого напряжения, сопротивление диода почти целиком определяется сопротивлением объема полупроводника R_v, нелинейное сопротивление контакта становится пренебрежимо малым, а ВАХ  близка к линейной. Это обстоятельство будет использоваться далее для нахождения R_v.

Описание экспериментальной установки

Схема лабораторного макета для изучения полупроводниковых выпрямителей показана на рис. 6.6.

Все два блока макета питаются от одного трансформатора, включаемого в сеть напряжением 220 В с помощью ключа K₁. Нижний на рис. 6.6. блок предназначен для изучения одно- и двухполупериодного выпрямления с помощью осциллографа, верхний блок  для измерения вольт-амперных характеристик диодов методом вольтметра-амперметра. Буквой Y обозначены клеммы для подключения усилителя осциллографа по входу Y. Изучение полупроводниковых выпрямителей проводится в три этапа.

1. Наблюдение одно- и двухполупериодного выпрямления

Если ключ K₃ поставить в среднее положение, то диод D₃ по-прежнему не включен в цепь. Но диод D₂ оказывается включенным в цепь и пропускает ток только в одном направлении. Поэтому на экране осциллографа наблюдается пульсирующее напряжение одного знака, имеет место однополупериодное выпрямление. Амперметр при этом показывает некоторое значение тока.

Если ключом K₃ включить в схему и диод D₃, то в один из полупериодов ток пропускается диодом D₂, в следующий полупериод  диодом D₃. Ток через резистор R₃ в обоих случаях течет в одном направлении, на экране будет наблюдаться пульсирующее напряжение одного знака с удвоенной частотой. Возрастает в два раза и ток через резистор R₃. Такое выпрямление называется двухполупериодным.

Как видно из рис.6.5, полупроводниковый диод является нелинейным элементом. Это означает, что связь между приложенным напряжением и током нелинейная, и закон Ома для диода не выполняется. Сопротивление диода зависит от приложенного напряжения. В этой связи вводится понятие дифференциального сопротивления

(6.2)

Зависимость силы тока от напряжения, приложенного к диоду, для диодов с плоским p-n переходом достаточно хорошо описывается выражением

, (6.3)

где I_s – величина обратного тока насыщения; R_v – сопротивление того объема полупроводника, который не участвует в образовании p-n перехода; e – элементарный заряд; k – постоянная Больцмана; T – термодинамическая температура. Используя выражение (6.3), дифференциальное сопротивление диода наиболее просто найти, преобразуя (6.2) следующим образом:

(6.4)

Простые вычисления дают следующую формулу для дифференциального сопротивления диода:

(6.5)

Величина kT/e составляет примерно 25 мВ при комнатной температуре. При относительно большом токе I первым слагаемым в (6.5) можно пренебречь, тогда

(6.6)

Следовательно, начиная с некоторого напряжения, сопротивление диода почти целиком определяется сопротивлением объема полупроводника R_v, нелинейное сопротивление контакта становится пренебрежимо малым, а ВАХ – близка к линейной. Это обстоятельство будет использоваться далее для нахождения R_v.

Дата добавления: 2015-05-07 ; Просмотров: 1331 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Основные параметры выпрямительных диодов

Для выпрямления низкочастотных переменных токов, то есть для превращения переменного тока в постоянный или пульсирующий, служат выпрямительные диоды, принцип действия которых основан на односторонней электронно-дырочной проводимости p-n-перехода. Диоды данного типа применяются в умножителях, выпрямителях, детекторах и т. д.

Производятся выпрямительные диоды с плоскостным либо с точечным переходом, причем площадь непосредственно перехода может составлять от десятых долей квадратного миллиметра до единиц квадратных сантиметров, в зависимости от номинального для данного диода выпрямленного за полупериод тока.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода имеет прямую и обратную ветви. Прямая ветвь ВАХ практически показывает связь тока через диод и прямого падения напряжения на нем, их взаимозависимость.

Обратная ветвь ВАХ отражает поведение диода при подаче на него напряжения обратной полярности, где ток через переход очень мал и практически не зависит от величины приложенного к диоду напряжения, пока не будет достигнут предел, при котором случится электрический пробой перехода и диод выйдет из строя.

Первой и главной характеристикой выпрямительного диода является максимально допустимое обратное напряжение. Это то напряжение, приложив которое к диоду в обратном направлении, можно будет еще уверенно утверждать, что диод его выдержит, и что данный факт не скажется отрицательно на дальнейшей работоспособности диода. Но если данное напряжение превысить, то нет гарантии, что диод не будет пробит.

Данный параметр для разных диодов отличается, лежит он в диапазоне от десятков вольт до нескольких тысяч вольт. Например для популярного выпрямительного диода 1n4007 максимальное постоянное обратное напряжение равно 1000В, а для 1n4001 – составляет всего 50В.

Диод выпрямляет ток, поэтому следующей важнейшей характеристикой выпрямительного диода будет средний ток диода — средняя за период величина выпрямленного постоянного тока, текущего через p-n-переход. Для выпрямительных диодов данный параметр может составлять от сотен миллиампер до сотен ампер.

Максимальный импульсный ток диода — Ifsm (единичный импульс) и Ifrm (повторяющиеся импульсы)

Максимальный импульсный ток диода — это пиковое значение тока, которое данный выпрямительный диод способен выдержать только определенное время, которое указывается в документации вместе с этим параметром. Например, диод 10А10 способен выдержать единичный импульс тока в 600А длительностью 8,3мс.

Что касается повторяющихся импульсов, то их ток должен быть таким, чтобы средний ток уложился бы в допустимый диапазон. Например, повторяющиеся прямоугольные импульсы с частотой 20кГц диод 80EBU04 выдержит даже если их максимальный ток составит 160А, однако средний ток должен оставаться не более 80А.

Средний обратный ток диода показывает средний за период ток через переход в обратном направлении. Обычно это значение меньше микроампера, максимум — единицы миллиампер. Для 1n4007, к примеру, средний обратный ток не превышает 5мкА при температуре перехода +25°С, и не превышает 50мкА при температуре перехода +100°С.

Среднее прямое напряжение диода — Vf (падение напряжения на переходе)

Среднее прямое напряжение диода при указанном значении среднего тока. Это то напряжение, которое оказывается приложено непосредственно к p-n-переходу диода при прохождении через него постоянного тока указанной в документации величины. Обычно не более долей, максимум — единиц вольт.

Например в документации для диода EM516 приводится прямое напряжение в 1,2В для тока в 10А, и 1,0В при токе 2А. Как видим, сопротивление диода нелинейно.

Дифференциальное сопротивление диода

Дифференциальное сопротивление диода выражает отношение приращения напряжения на p-n-переходе диода к вызвавшему это приращение небольшому приращению тока через переход. Обычно от долей Ома до десятков Ом. Его можно вычислить по графикам зависимости падения напряжения от прямого тока.

Например, для диода 80EBU04 приращение тока на 1А (от 1 до 2А) дает приращение падения напряжения на переходе в 0,08В. Следовательно дифференциальное сопротивление диода в этой области токов равно 0,08/1 = 0,08Ом.

Средняя рассеиваемая мощность диода Pd

Средняя рассеиваемая мощность диода — это средняя за период мощность, рассеиваемая корпусом диода, при протекании через него тока в прямом и обратном направлениях. Данная величина зависит от конструкции корпуса диода, и может варьироваться от сотен милливатт до десятков ватт.

Например, для диода КД203А средняя рассеиваемая корпусом мощность составляет 20 Вт, данный диод можно даже установить при необходимости на радиатор для отвода тепла.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник