Link: OLE-Object-Data

   Dioda jako usměrňovač                               

   Úkol:     Ověřte vlastnosti Si diody jako sériového a paralelního usměrňovače 

1.1       Pokyny pro měření

   Sériový usměrňovač        

   Textové pole:     Postup:      

1) Zapojte  diodu jako sériový  usměrňovač podle
   obr.1, zobrazte průběhy  vstupního a  výstupního  napětí  na osciloskopu  pro  nízký  kmitočet
     (cca 100Hz)  a  pro vyšší  kmitočet  (cca 10kHz  a  více podle  typu diody tak, aby   byl 
   vidět  projev  zotavovací doby).  Pro  určení  zotavovací  doby  zvolte takový kmitočet, při 
   kterém překmit do záporné půlperiody  nepřekročí polovinu amplitudy  vstupního napětí. 
   Průběhy překreslete, okótujte a určete zotavovací dobu. 

2) Na výstup usměrňovače
   zapojte filtrační  kondenzátor   a zakreslete průběhy z osciloskopu

        -  pro
   nízký kmitočet (cca 1kHz) s kondenzátorem 

           C = 10nF , 100nF,
   1µF.

        - pro vyšší kmitočet  (cca 10kHz) opět se stejnými    

    
         kondenzátory   a  průběhy porovnejte.                               

3) Pro
   kmitočty 100Hz a 10kHz určete          usměrňovací účinnost  usměrňovače    

      
             

         U1m  je amplituda vstupního napětí

         U0   je
   stř. hodnota výstupního napětí  (změřte 

                 osciloskopem bez
   kondenzátoru na výstupu)

           (U0=U2m/¶  pro jednocestný usm. a harm.
   průběh)



                     

   

   

   

   

   

   

   

   Obrázek1:  Sériový usměrňovač a určení

   Textové pole:    Napětí u2 je obrazem proudu I. 



    A,B – vstupy
   osciloskopu

    G    -  generátor
   funkcí



                             zotavovací  doby  
                            .  
                

   

   

   

   

   

   Měření U[0] osciloskopem je  vhodné, protože multimetry mají omezené kmitočtové vlastnosti. 
                                                                                               
                                                                                               

   

   

   

   Paralelní  usměrňovač       

   Textové pole: 1) Zapojte diodu jako paralelní usměrňovač podle obr.2.

2) Zakreslete
   průběhy z obrazovky pro  kmitočet 100Hz, 1kHz, 50kHz. Při vyšších kmitočtech dojde k deformaci
   u2 jako projev zotavovací doby.

3) Průběhy okótujte a při kmitočtu
   100Hz

       odečtěte  hodnotu napětí U (úbytek napětí na   

      
   diodě v propustném směru).

4) Z průběhů určete pro kmitočty podle bodu 2   fázové
   posuny výstupního napětí  

vzhledem k výstupnímu    napětí. 

5) (V
   případě, že by se, vzhledem parametrům    

diody, fázový posun neprojevil, zvyšujte
    

kmitočet, až uvedený jev nastane).

           


   

   

   

   

      

                                           

   

                                                                 Obrázek 2:   Paralelní 
   usměrňovač a průběhy napětí

1.2       Měření a jeho vyhodnocení

   Průběhy pozorované na osciloskopu zakreslete, proveďte popis os a vyhodnoťte !

   +--------------------------------------------------------------------------------------------+
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | | | | | | | | | | | | |
   +--------------------------------------------------------------------------------------------+

   

   Závěr:

   

1.3       Teoretické poznámky

  1.3.1        Dynamický režim polovodičové diody

   Rychlost klesání proudu diodou při poklesu napětí je závislá i na parazitních parametrech jako
   je např. seriová indukčnost přívodů (cca 100nH)  a seriový odpor (cca 0,2 W).

   Parametry skutečné diody jsou  v praxi závislé na řadě parazitních vlivů.       


   

   

   

   

   

   

   

   

   

                  Obrázek 1:  Náhradní schéma diody z lineárních obvodových prvků

   

   Konkrétní náhradní schéma je třeba vždy sestavovat podle podmínek za kterých bude dioda
   pracovat, především podle rychlosti dějů, které bude zpracovávat.


   

   

   

   

   

   

   

   

                        Obrázek 2:  Náhradní schéma diody pro nízké kmitočty

  1.3.2        Náhradní odpor diody

   

   Statický odpor  R[S]  

   pro konkrétní bod charakteristiky  

   

   Dynamický odpor R[d] -  je dán strmostí VA charakteristiky (v propustném směru se blíží  nule)

   Pro oblast prahového napětí jsou oba odpory přibližně stejné

    a rovnají se v podstatě odporu polovodičového materiálu.

                                      Obrázek 3:  Statický a dynamický odpor z VA-charakteristiky

   

   

   Jedním z mezních parametrů diody, který určuje její užitné vlastnosti je dynamický parametr
   označovaný jako doba závěrného zotavení  t[rr] (Reverse Recovery). Udává, jak rychle dioda
   dokáže přejít z propustného do závěrného režimu a blokovat průchod proudu. Dioda se tedy stává
   nevodivou až po uplynutí doby závěrného zotavení t[rr]. Pro Schottkyho diody a diody GaAs je
   t[rr] řádově 10^-12s. Tuto dobu lze stanovit z časové závislosti i[D](t). Zotavovací dobu je
   možné také určit z průběhu výstupního napětí u[2] (viz první úloha zadání), které je obrazem
   proudu protékajícího diodou. Pro její určení se používá např. tečny k překmitu (jak je
   naznačeno na obrázku v zadání, nebo časový interval pro pokles na 1/10 velikosti překmitu.

   Při změně polarity napětí na diodě pokles proudu pokračuje i do záporných hodnot, protože
   dochází k postupnému odčerpávání injektovaných minoritních nosičů náboje, které se v diodě
   nahromadily při propustné polarizaci. Tzn., že postupně dochází k opětnému rozšíření oblasti
   prostorového náboje.

   

   +--------------------------------------------------------------------------------------------+
   |1MHz                                                                                   |3MHz|
   |                                                                                       |    |
   |                                                                                       |    |
   |                                                                                       |    |
   |                                                                                       |    |
   |                                                                                       |    |
   |                                                                                       |    |
   |---------------------------------------------------------------------------------------+----|
   |                                                                                       |5MHz|
   |                                                                                       |    |
   |                                                                                       |    |
   |                                                                                       |    |
   |      Uvedené průběhy byly získány simulací v programu Multisim pro diodu BA 228.      |    |
   |                                                                                       |    |
   |      Z průběhů je zřejmé, že při určitém kmitočtu se dioda jako usměrňovač stává      |    |
   |nepoužitelnou.                                                                         |    |
   +--------------------------------------------------------------------------------------------+

   

                Obrázek 4:  Příklady průběhů výstupního napětí sériového usměrňovače

                                          pro diodu BA 228