Лабораторный практикум по электричеству и магнетизму. Ч. 5. Алейников Н.М - 13 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

13
Рассмотрим диод при подаче на него прямого и обратного внешнего на-
пряжения . Прямым напряжением называют такое напряжение, при котором к р -
области приложен положительный потенциал, а к n-области – отрицательный
(рис. 2а). При обратном напряжении р - область находится под отрицательным
потенциалом , а n-область под положительным (рис. 3а).
При прямом напряжении поле Е
вн
, создаваемое внешним источником ,
имеет направление, противоположное внутреннему полю Е
о
. Это приводит к
понижению потенциального барьера (рис. 1в), сужению области p-n перехода и
уменьшению сопротивления диода (рис. 2б). С увеличением прямого напряже-
ния в
нешнее поле Е
вн
полностью компенсирует внутреннее поле Е
о
, барьер ис-
чезает и сопротивление диода практически падает до нуля . На рис. 2в показана
зависимость прямого тока от величины прямого напряжения I
пр
( U
пр
).
При обратном напряжении поля Е
вн
и Е
о
складываются (рис. 3а), потенци-
альный барьер увеличивается (рис. 1в), область p-n перехода с высоким удель-
ным сопротивлением расширяется и сопротивление диода возрастает (рис. 2б).
Диод закрывается . На рис. 3в показана зависимость обратного тока от величины
обратного напряжения I
обр
(U
обр
). Для удобства прямую I
пр
( U
пр
) и обратную
I
обр
( U
обр
) зависимости объединяют в единую, так называемую вольт - амперную
характеристику диода, вид которой показан на рис. 4.
Таким образом , при прямом напряжении диод открыт и величина тока че-
рез диод определяется в основном сопротивлением нагрузки R
н
, включаемой
последовательно с диодом . При обратном напряжении диод закрыт, его сопро-
тивление велико и ток через нагрузку практически не идет . Если к последова-
тельно соединенным полупроводниковому диоду и резистору подключить ис-
точник переменного напряжения синусоидальной формы (рис. 5а), то в течение
одного полупериода, когда диод открыт, напряжение на резисторе будет повто-
рять напряжение источника U
вх
. В следующий полупериод диод закрыт и на-
пряжение на резисторе U
вых
будет равно нулю (рис. 5б). Так работает однополу -
периодный выпрямитель, напряжение на выходе которого будет пульсирую-
щим .
В большинстве практических случаев требуется стабильное постоянное
напряжение без пульсаций . Для сглаживания пульсаций используются различ-
ного рода стабилизаторы постоянного напряжения . В простейшем случае роль
сглаживающего элемента может выполнять конденсатор (рис. 6а). При увеличе-
нии прямого напряжения диод открывается , его сопротивление уменьшается , и
напряжение U
вых
на резисторе R
н
и конденсаторе С будет повторять напряжение
U
вх
. С уменьшением входного напряжения , напряжение на резисторе R
н
под-
держивается напряжением заряженного конденсатора и не успевает следовать за
уменьшением напряжения на входе выпрямителя . Конденсатор продолжает раз -
ряжаться через резистор R
н
в течение следующего полупериода, когда диод
полностью закрыт. Время разряда конденсатора определяется времененем ре-
лаксации τ = R
н
С. Поэтому, чем больше емкость сглаживающего конденсатора,
тем меньше пульсации выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя . 
                                           13

        Рассмотр им диод пр и подачена него пр я мого и обр атного внеш него на-
пр я ж ения . Пр я мы м напр я ж ением наз ы вают такоенапр я ж ение, пр и котор ом к р -
области пр илож ен полож ительны й потенциал, а к n-области – отр ицательны й
(р ис. 2а). Пр и обр атном напр я ж ении р -область находится под отр ицательны м
потенциалом, а n-областьпод полож ительны м (р ис. 3а).
        Пр и пр я мом напр я ж ении поле Е вн, соз даваемое внеш ним источником,
имеет напр авление, пр отивополож ное внутр еннему полю Е о. Это пр иводит к
пониж ению потенциального бар ьер а (р ис. 1в), суж ению области p-n пер ехода и
уменьш ению сопр отивления диода (р ис. 2б). С увеличением пр я мого напр я ж е-
ния в
        неш нееполеЕ вн полностью компенсир ует внутр еннееполеЕ о, бар ьер ис-
чезает и сопр отивлениедиода пр актически падает до нуля . Н а р ис. 2в показ ана
з ависимостьпр я мого тока от величины пр я мого напр я ж ения Iпр (Uпр ).
        Пр и обр атном напр я ж ении поля Е вн и Е о склады ваются (р ис. 3а), потенци-
альны й бар ьер увеличивается (р ис. 1в), область p-n пер ехода с вы соким удель-
ны м сопр отивлением р асш ир я ется и сопр отивлениедиода воз р астает (р ис. 2б).
Д иод з акр ы вается . Н а р ис. 3в показ ана з ависимостьобр атного тока от величины
обр атного напр я ж ения Iобр (Uобр ). Д ля удобства пр я мую Iпр (Uпр ) и обр атную
Iобр (Uобр ) з ависимости объединя ют в единую, так наз ы ваемую вольт-ампер ную
хар актер истику диода, вид котор ой показ ан на р ис. 4.
        Т аким обр аз ом, пр и пр я мом напр я ж ении диод откр ы т и величина тока че-
р ез диод опр еделя ется в основном сопр отивлением нагр уз ки Rн, включаемой
последовательно с диодом. Пр и обр атном напр я ж ении диод з акр ы т, его сопр о-
тивлениевелико и ток чер ез нагр уз ку пр актически неидет. Е сли к последова-
тельно соединенны м полупр оводниковому диоду и р езистор у подключить ис-
точник пер еменного напр я ж ения синусоидальной ф ор мы (р ис. 5а), то в течение
одного полупер иода, когда диод откр ы т, напр я ж ениена р езистор ебудет повто-
р я ть напр я ж ениеисточника Uвх. В следующ ий полупер иод диод з акр ы т и на-
пр я ж ениена р езистор еUвы х будет р авно нулю (р ис. 5б). Т ак р аботает однополу-
пер иодны й вы пр я митель, напр я ж ение на вы ходе котор ого будет пульсир ую-
щ им.
        В больш инствепр актических случаев тр ебуется стабильноепостоя нное
напр я ж ениебез пульсаций. Д ля сглаж ивания пульсаций использ уются р аз лич-
ного р ода стабилиз атор ы постоя нного напр я ж ения . В пр остейш ем случаер оль
сглаж ивающ его элемента мож ет вы полня тьконденсатор (р ис. 6а). Пр и увеличе-
нии пр я мого напр я ж ения диод откр ы вается , его сопр отивлениеуменьш ается , и
напр я ж ениеUвы х на р езистор еRн и конденсатор еС будет повтор я тьнапр я ж ение
Uвх. С уменьш ением входного напр я ж ения , напр я ж ениена р езистор еRн под-
дер ж ивается напр я ж ением з ар я ж енного конденсатор а и неуспевает следоватьз а
уменьш ением напр я ж ения на входевы пр я мителя . К онденсатор пр одолж ает р аз -
р я ж аться чер ез р езистор Rн в течение следующ его полупер иода, когда диод
полностью з акр ы т. В р емя р аз р я да конденсатор а опр еделя ется вр емененем р е-
лаксации τ=RнС. Поэтому, чем больш еемкость сглаж ивающ его конденсатор а,
тем меньш епульсации вы пр я мленного напр я ж ения на вы ходевы пр я мителя .

Страницы