Выпрямительные диоды и их параметры
Выпрямительный диод – это устройство, предназначенное для выпрямления переменных низкочастотных токов, принцип работы которого основан на односторонней электронно-дырочной проводимости p-n-перехода.
Выпрямительные диоды являются составной частью таких устройств, как детекторы, умножители, выпрямители и т.п. Выпрямительные диоды производятся с плоскостным точечным переходом, площадь которого зависит от номинального выпрямленного за полупериод электрического тока. Вольтамперная характеристика (пример) полупроводникового диода изображена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Прямая ветвь характеристики демонстрирует связь протекающего через диод тока и падения напряжения на нем. Обратная ветвь характеристики отражает поведение диода в случае подачи на него напряжения обратной полярности, ток через переход очень мал и почти никак не зависит от величины напряжения приложенного к диоду, до тех пор, пока не будет достигнут предел, в результате которого произойдет пробой перехода (диод выйдет из строя).
К основным параметрам выпрямительных диодов относятся:
- Максимальное обратное напряжение диода.
- Средний ток диода.
- Максимальный импульсный ток диода - единичный импульс и повторяющиеся импульсы.
- Средний обратный ток диода.
- Среднее прямое напряжение диода.
- Дифференциальное сопротивление диода.
- Средняя рассеиваемая мощность диода.
Максимальное обратное напряжение диода является основным параметром выпрямительного диода. Его можно определить опытным путем. Для этого к диоду прилагают напряжение в обратном направлении и измеряют максимальное его значение, которое он может выдержать. Так же оно может быть рассчитано следующим образом:
$Uо.обр = 1,045*Ucр$
Средний ток диода представляет собой среднюю за период величину выпрямленного постоянного тока, который протекает через p-n-переход. Диодом должно проводиться половина общего тока, поэтому его среднее значение рассчитывается по формуле:
$Iср = I/2$
Максимальный импульсный тока представляет собой пиковое значение тока, которое он способен выдерживать определенное время. Данный параметр указывается в технической документации и задается на заводе-изготовителе. Средний обратный ток демонстрирует средний за период ток через переход в обратном направлении. Данный параметр определяется экспериментально, измеряется при помощи специальных приборов, а его значение невелико и может составлять максимум единицы миллиампер.
Среднее прямое напряжение диода — это напряжение, которое прикладывается к переходу при прохождении через него тока, допустимого согласно технической документации, оно определяется посредством измерения специальными приборами. Дифференциальным сопротивлением диода выражается отношение приращения напряжения на переходе к вызвавшему данное приращение приращению тока через переход, таким образом формула для его расчета имеет следующий вид:
$Rдиф = dU/dI$
Средняя рассеиваемая мощность диода представляет собой среднюю за период мощность, которая рассеивается корпусом диода, когда через него протекает ток в обоих направлениях. Этот параметр зависит от конструкции корпуса измеряется специальными приборами, при необходимости (так как указан в технической документации).
Определение параметров биполярных транзисторов
Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими между собой p-n-переходами и минимум тремя выводами.
Биполярные транзисторы используются в разнообразных электронных устройствах для того, чтобы усилить и генерировать электрические колебания, а также, как коммутирующий элемент, например, в схемах транзисторно-транзисторной логики.
На практике часто пользуются вторичными параметрами транзисторов, которые характеризуют его, как четырехполюсник - прибор с двумя входными и выходными зажимами. Вторичные параметры связывают между собой входные и выходные переменные токи и напряжения. Линейные четырехполюсники характеризуются двумя уравнениями, которые связывают токи и напряжения на выходе и входе. Всего можно составить шесть пар таких уравнений, определяющих шесть систем параметров. Самое широкое распространение получила система h-параметров. Такая система, позволяет определить входное напряжение U1 и выходной ток I2 по известным I1 и U2.
$U1 = f1(I1, U2) $ или $Uвх = f1(Iвх, Uвых)$
$I2 = I2 (I1, U2)*Iвых = f2(Iвх, Uвых)$
Формулы для расчета параметров биполярных транзисторов зависят от схемы включения, которая может быть с общим эмиттером, коллектором или базой. В общем случае формула для расчета коэффициента усиления по электрическому току выглядит следующим образом:
$к = Iвых/Iвх$
При включении транзистора по схеме с общей базой формула для расчета коэффициента усиления по току будет иметь вид:
$k = Ik/Iэ$
где: Ik - электрический ток коллектора; Iэ - электрический ток эмиттера.
В случае, когда биполярный транзистор включен по схеме с общим эмиттером, коэффициент усиления по электрическому току можно рассчитать по формуле:
$к = Ik/Iб = Ik /(Iэ-Ik)$
где Iб - электрический ток базы транзистора.
При включении транзистора по схеме с общим коллектором формула имеет следующий вид:
$к = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Ik)$
От схемы включения также зависит формула расчета входного сопротивления:
В общем виде:
$Rвх = Uвх/Iвх$
С общей базой:
$Rвх = Uэб/Iэ$
С общим эмиттером:
$Rвх = Uбэ/Iб$
С общим коллектором:
$Rвх = (Uбэ+Uкэ) / Iб$
где: Uэб - напряжение база-эмиттер; Uкэ - напряжение коллектор - эмиттер
Определение основных параметров биполярных транзисторов трудоемкий процесс, зависящий от многих факторов - схемы включения, технических характеристик, указанных в соответствующей документации и т. д.
