Выпрямители. Параметры выпрямительного диода

Основными параметрами выпрямительного диода являются:
1) максимально допустимое обратное напряжение на диоде UVDобр. доп.- значение напряжения, приложенное в обратном направлении, которое диод может выдержать в течение длительного времени без нарушения его работоспособности;
2) средний выпрямленный ток диода IVDдоп .ср , – среднее за период значение выпрямленного постоянного тока, протекающего через диод.
3) среднее прямое напряжение на диоде при заданном значении прямого тока -UVDср,пр;
4) дифференциальное сопротивление диода - rд.

Структурная схема неуправляемых выпрямителей
Неуправляемые выпрямители традиционно состоят из: преобразовательного трансформатора ПТ, блока полупроводниковых диодов Д и сглаживающего фильтра Ф.
Преобразование напряжения трансформатором оценивают коэффициентом трансформации kтр
где U1 ,U2 – напряжение первичной и вторичной обмоток трансформатора соответственно.

Вольт-амперная характеристика диода

Методика выполнения задания:
Во время практического занятия необходимо ознакомиться и рассчитать выпрямитель – элементарный источник для питания цепей отдельных блоков аппаратуры и оценить параметры элементов этого устройства.
К основным показателям выпрямителя относятся:
- среднее значение выпрямленного напряжения Uср и тока Iср
Среднее значение напряжения на выходе выпрямителя определяется по формуле:
где Т – период сигнала, u(υ) – мгновенное значение напряжения

Методика выполнения задания:
- коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения kП.
где Umax – максимальное значение переменной составляющей на выходе выпрямителя, Uср – среднее значение выпрямленного напряжения. Элементы схемы должны соответствовать заданным значениям параметров энергии потребителя (напряжения Uср и тока Iср). Трансформатор иметь соответствующий коэффициент трансформации, диод – допустимый прямой ток (IVDдоп .ср) и обратное напряжение (UVDобр. доп).

Для выполнения задания следует:
Воспользоваться принципиальными схемами выпрямителей и поясняющими их работу осциллограммами, а также соотношениями между расчетными величинами (рис.2.4 и 2.5).
2. Рассчитать коэффициент трансформации kтр по формуле:
где U1 - напряжения первичной обмотки трансформатора,
U2 - напряжения вторичной обмотки трансформатора.
Считаем, что действующее значение UC = 220В и напряжения первичных и вторичных обмоток трансформатора изменяются по гармоническому закону.

Принципиальная схема однофазного выпрямителя
Рис.2.4

Осциллограммы,поясняющие работу однофазного выпрямителя
Рис.2.4

Принципиальная схема двухфазного выпрямителя
Рис.2.5

Осциллограммы, поясняющие работу двухфазного выпрямителя
Рис.2.5

Для выполнения задания следует:
Для гармонического сигнала мгновенное значение напряжения определяется по формуле
Действующее значение напряжения (тока), изменяющегося по гармоническому закону, связано с максимальным амплитудным напряжением (током) Umax через коэффициент, равный
3. Определить среднее значение напряжения на нагрузке:
где Τ - период сигнала, ϑ = ω t = 2π f t – мгновенная фаза, выраженная в радианах. Период сигнала связан с частотой соотношением
.

Для выполнения задания следует:
Для двухфазного выпрямителя
Для надёжной работы выпрямительных диодов должны выполняться условия:
IVDпр< IVDдоп .ср , UVDобр
Для упрощения вычислено среднее значение выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя. Для однофазного выпрямителя (рис.2.3.):
Из этих соотношений можно найти максимальное амплитудное значение напряжения вторичных обмоток трансформатора Umax.

Для выполнения задания следует:
Максимально допустимый (предельный) средний ток IVDдоп.ср., характеризующий нагрузочную способность выпрямительного диода при заданной температуре корпуса, и максимально допустимое обратное напряжение диода UVDобр. допприводится в справочниках.
Для расчёта коэффициента трансформации считать, что действующее значение напряжения первичной обмотки трансформатора U1= 220 В.

Индивидуальные задания:
В неуправляемом выпрямителе известны:
- среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке Uн
- среднее значение выпрямленного тока нагрузки Iн
значения величин Uн, Iн приведены в табл.2.1, формулы для расчета и графики на рис.2.4 и 2.5.
Требуется: вычертить структурную и принципиальную схемы выпрямителя для своего варианта и вычислить:
- коэффициент трансформации трансформатора kтр,
- среднее значение прямого тока через диод VD IVDпр,
- обратное напряжение на диоде UVDобр.
По рассчитанным данным сформулировать требования к параметрам диода и начертить в масштабе напряжение на выходе электропитающего устройства, отметив уровень среднего напряжения Uн.

Таблица 2.1

Ответить на вопрос, соответствующий номеру своего варианта:
1.Какие типы диодов Вы знаете? Укажите их назначение и приведите их условные обозначения.
2.Как определить дифференциальное и статическое сопротивление? Пояснить на примере выпрямительного диода.
3. Динистор, тиристор, симмистор. Приведите их условные обозначения, вольт-амперные характеристики и укажите их назначение.
4.Какие виды пробоев существуют и в чём их отличие?
5.Что такое оптронные приборы? Типы оптронных приборов, область применения.
6. Фотосопротивления. Фотодиоды. Работа фотодиода в фотопреобразовательном и фотогенераторном режимах. Основные характеристики и параметры.

7. Вычертить вольт-амперные характеристики стабилитрона и стабистора. Приведите их условные обозначения и поясните принцип работы.
8. Что такое переход Шотки? Какими свойствами он обладает и где применяется?
9. Светодиод и фотодиод. Приведите их условные обозначения и укажите их назначение.
10.Напишите уравнение Молла-Эберса для р-n перехода. Про- анализируйте его и постройте вольт-амперную характеристику р-n перехода.
11.Поясните явления, происходящие в переходе металл- полупроводник. Какими свойствами обладает такой переход?
Где применяется?
12. Какие виды тиристоров Вы знаете? Приведите их условные обозначения, вольт-амперные характеристики и укажите область применения.

13. Приведите вольт-амперную характеристику р-n перехода. Поясните влияние температуры на вид характеристики.
14.Что такое импульсный диод? Его основные параметры,
особенности, область применения.
15. Раскройте понятия: генерация и рекомбинация носителей зарядов; собственная и примесная проводимость.
16. Раскройте понятия: инжекция и экстракция зарядов; основные носители зарядов; барьерная и диффузионная ёмкость перехода.
17. Раскройте понятия: симметричный и несимметричный р-n переход; ширина и высота потенциального барьера р-n перехода.
18. Вычертить вольт-амперные характеристики выпрямительного и туннельного диодов. Пояснить, какое свойство р-n перехода положено в основу их действия. Укажите область применения.