Теоретический анализ полупроводниковых резистивных цепей | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 1 июня, печатный экземпляр отправим 5 июня.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №13 (199) март 2018 г.

Дата публикации: 03.04.2018

Статья просмотрена: 37 раз

Библиографическое описание:

Вахобова З. К. Теоретический анализ полупроводниковых резистивных цепей // Молодой ученый. — 2018. — №13. — С. 50-53. — URL https://moluch.ru/archive/199/49105/ (дата обращения: 21.05.2019).



В настоящее время, в период широкого развития электронной аппаратуры в различных областях автоматики, радиоэлектроники, вычислительной техники и электроснабжения широко применяются нелинейные резистивные цепи. Неуправляемый полупроводниковый диод, как элемент электрической цепи, представляет собой нелинейное несимметричное активное сопротивление, величина его зависит от полярности и величины приложенного к нему потенциала.

Довольно часто, при рассмотрении работы схем выпрямителей, в которых, как правило, используются диоды, пользуются термином «идеальный диод», под этим понятием подразумевается некое несимметричное сопротивление, величина которого в положительном направлении тока равна нулю, а в противоположном направлении равна бесконечности 1.

Рис. 1. Вольт-амперная характеристика

ВАХ диода можно получить экспериментально или по справочным данным для данного полупроводникового элемента. При аналитическом исследовании схем с вентилями важной задачей является выбор аппроксимирующей функции нелинейного элемента. ВАХ прямого тока полупроводникового диода можно описать функцией вида (рис.1). Здесь, а — коэффициент аппроксимирующей функции, который определяется по методу выбранных точек. Учитывая ВАХ диода, типа Д226 для выбранной точки М имеем, а = 0,41 2.

Предположим, что диод с последовательно соединенным сопротивлением R (рис.2. а) подключается к сети с напряжением

(1)

По второму закону Кирхгофа

(2)

Учитывая аппроксимирующую функцию можно написать:

(3)

После некоторых преобразований получаем следующее уравнение:

,

откуда

(4)

Здесь знак минус, перед радикалом учитывает, что при напряжении

u = 0 ток также будет равен нулю.

На основе уравнения (4) с использованием ЭВМ вычислен и построен график изменения тока в функции времени. На рис.2 б, представлены эти зависимости при различных значениях нагрузочного сопротивления R для входного напряжения.

Предложенная методика позволяет производить анализ установившихся режимов и переходных процессов в цепи при различных параметрах.

u = 100 sint.

Тиристорные полупроводниковые цепи имеют два устойчивых электрических состояния (открытое и закрытое), обладает высоким быстродействием и может коммутировать большие нагрузочные токи. Основным свойством тиристора является возможность задержки момента его отпирания при наличии на нем прямого напряжения. Это свойство тиристора позволяет создавать устройства с регулированием значения выходного напряжения.

С помощью управляющего тока можно управлять моментом включения тиристора. Ток во включенном состоянии тиристора протекает и после снятия тока управления. Отключить анодный ток и восстановить выключенное состояние тиристора, в том числе можно путем снижения тока в полупроводниковом приборе ниже критической величины.

Для тиристоров, так же, как и для диодов существует понятие «идеальный тиристор». Поэтому можно полагать, что сопротивление идеального тиристора в обратном направлении, а также и в прямом закрытом состоянии равно бесконечности. В открытом состоянии прямое сопротивление идеального тиристора равно нулю.

Способ переключения тиристоров током управляющего электрода имеет большое значение. Во-первых, он позволяет за счет управляющего сигнала включать тиристор при различных значениях анодного напряжения. Во-вторых, этот способ дает возможность коммутировать большие токи маломощным управляющим сигналом.

Второй исследуется схема, состоящая из последовательно соединенных тиристора и активного сопротивления (рис. 3б), которая подключена к источнику переменного напряжения.

Рис. 3. а) ВАХ тиристора; б) тиристорно-резистивная цепь

Ток в цепи протекает только тогда, когда открыт тиристор. Это возможно при определенных значениях напряжения источника и тока управления тиристора (рис. 3а). Для указанной схемы, когда U Uвкл и Iу Iу мин наблюдается скачкообразное открытие тиристора с углом включения, равным 90о.

С целью анализа работы рассмотренной цепи, следует воспользоваться нагрузочной характеристикой и характеристикой тиристора. Аналитическое выражение нагрузочной характеристики можно получить на основании второго закона Кирхгофа.

(5)

Уравнение (5) прямой линии, отсекающей на осях координат отрезки при и I = Uвх / Rнаг при (рис. 4а). Точки пересечения нагрузочных линий с характеристикой тиристора определяют режимы работы цепи [3].

Для изображения нагрузочной прямой и вольтамперной характеристики, рассмотрим режим работы тиристора типа КУ 202К при активной нагрузке 820 Ом. При отсутствии управляющего сигнала тиристор блокирован в обоих направлениях и находится под действием напряжения источника. Когда напряжение источника достигает определенной величины, тиристор включается в момент /2 (рис. 4б). При этом напряжение на сопротивлении изменится скачком до амплитудного значения переменного напряжения. Так, напряжение на тиристоре в момент включения изменяется скачком почти до нуля. Длительность прохожнения тока через тиристор и напряжение на сопротивлении нагрузки составляет четверть периода. Значения токов определяется по следующим формулам:

,

при

(6)

(7)

в нашем случае для о

Действующее значение тока:

(8)

для получим,

Таким образом, рассмотренную полупроводниковую резестивную цепь можно анализировать с использованием характеристики тиристора и нагрузочных линий: вольт-амперная характеристика; графики изменения тока; формы кривых напряжения и тока нагрузки.

Литература:

  1. Усманов Э. Г., Абдураимов Э. Х., Каримов Р. Ч. Ночизиқли электр занжирида динамик жараёнларнинг тахлили // Вестник ТашГТУ. — Ташкент- 2010. № 1–2. 72–75 б.
  2. Усманов Э. Г., Абдураимов Э. Х., Каримов Р. Ч. Анализ диодных резистивных цепей //Вестник ТГТУ. — Тошкент, 2012. № 3–4, С.48–51.
  3. Абдураимов Э. Х. ва бошқалар. Электр таъминоти тизимида куч тиристорларини бошқаришда оптоэлектронли резистив занжирларни ишлатиш //ТошДТУ Хабарлари. -Тошкент, 2015. № 2. 103 -108 б.
Основные термины (генерируются автоматически): аппроксимирующая функция, тиристор, ток, напряжение, управляющий сигнал, характеристика тиристора, график изменения тока, ВАХ диода, переменное напряжение, нагрузочная характеристика, идеальный тиристор, вольт-амперная характеристика, цепь.


Похожие статьи

Нагрузочный режим ферромагнитно-тиристорного стабилизатора...

Этот сигнал подается на управляющие электроды тиристоров Т1 и Т2.

Введем обозначения: –ток первичной обмотки; –ток вторичной обмотки; ток протекающей через активное сопротивление; ток конденсатора; мгновенное значение потоков в сердечниках.

Стабилизатор напряжения на базе магнитного усилителя...

Магнитными усилителями принято называть усилители мощности тока и напряжения в электрических цепях переменного тока.

К1,К3-коэффициенты аппроксимирующей функции; i1, iн- ток первичной, вторичной обмотки

Интегрированный урок как средство формирования...

Тема урока: «Электротехника» — Снятие вольт-амперной характеристики нелинейных элементов.

Включить автомат постоянного тока, снять ВАХ резистора, поднимая потенциометром напряжение от ‘0’до заданного значения.

О нелинейности вольт-амперных характеристик...

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика чувствительного элемента, характерная для сенсоров с малым зазором между электродами.

Как видно, при малых значениях U ВАХ имеет практически линейную зависимость, что указывает на малый вклад ионного тока на...

Исследование нелинейной динамической цепи с тиристорными...

Рассмотрим цепь, когда тиристор последовательно подключается к сети через активное сопротивление, а в цепь управления подается ток из сети через активное сопротивление R и диод Д (рис.1.,а). В данной цепи угол открытия тиристора зависит от амплитуды...

Расчет эквивалентного сопротивления управляемого пассивного...

Оценим величину эквивалентного сопротивления нагрузки в режиме обратного смещения, исходя из эквивалентной схемы полупроводникового диода при работе на отрицательной ветви вольт-амперной характеристики, показанной на рис. 4...

Разработка защитной схемы для датчика давления...

Статическое напряжение вызывает импульсы тока

Например TVS-диоды (transient voltage suppressors), также называемые супрессорами, варисторы, TVS-тиристоры и разрядники.

Рис. 2. ВАХ TVS-диода. Одним из важных плюсов TVS-диодов является их быстрое время реакции.

Исследование лабораторного стенда National Instruments ELVIS II+

Для построения вольт-амперных характеристик транзисторов нажмите кнопку ‘Построение ВАХ’.

Регулируя напряжение источника смещения базы ‘+Еб’ (рис. 5), установите такое значение тока базы ‘Iб’, при котором рабочая точка находится в середине линии нагрузки.

Специальные фильтрокомпенсирующие устройства как метод...

Одной из основных причин несинусоидальности напряжения является широкое распространение устройств с нелинейными вольт-амперными характеристиками.

Похожие статьи

Нагрузочный режим ферромагнитно-тиристорного стабилизатора...

Этот сигнал подается на управляющие электроды тиристоров Т1 и Т2.

Введем обозначения: –ток первичной обмотки; –ток вторичной обмотки; ток протекающей через активное сопротивление; ток конденсатора; мгновенное значение потоков в сердечниках.

Стабилизатор напряжения на базе магнитного усилителя...

Магнитными усилителями принято называть усилители мощности тока и напряжения в электрических цепях переменного тока.

К1,К3-коэффициенты аппроксимирующей функции; i1, iн- ток первичной, вторичной обмотки

Интегрированный урок как средство формирования...

Тема урока: «Электротехника» — Снятие вольт-амперной характеристики нелинейных элементов.

Включить автомат постоянного тока, снять ВАХ резистора, поднимая потенциометром напряжение от ‘0’до заданного значения.

О нелинейности вольт-амперных характеристик...

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика чувствительного элемента, характерная для сенсоров с малым зазором между электродами.

Как видно, при малых значениях U ВАХ имеет практически линейную зависимость, что указывает на малый вклад ионного тока на...

Исследование нелинейной динамической цепи с тиристорными...

Рассмотрим цепь, когда тиристор последовательно подключается к сети через активное сопротивление, а в цепь управления подается ток из сети через активное сопротивление R и диод Д (рис.1.,а). В данной цепи угол открытия тиристора зависит от амплитуды...

Расчет эквивалентного сопротивления управляемого пассивного...

Оценим величину эквивалентного сопротивления нагрузки в режиме обратного смещения, исходя из эквивалентной схемы полупроводникового диода при работе на отрицательной ветви вольт-амперной характеристики, показанной на рис. 4...

Разработка защитной схемы для датчика давления...

Статическое напряжение вызывает импульсы тока

Например TVS-диоды (transient voltage suppressors), также называемые супрессорами, варисторы, TVS-тиристоры и разрядники.

Рис. 2. ВАХ TVS-диода. Одним из важных плюсов TVS-диодов является их быстрое время реакции.

Исследование лабораторного стенда National Instruments ELVIS II+

Для построения вольт-амперных характеристик транзисторов нажмите кнопку ‘Построение ВАХ’.

Регулируя напряжение источника смещения базы ‘+Еб’ (рис. 5), установите такое значение тока базы ‘Iб’, при котором рабочая точка находится в середине линии нагрузки.

Специальные фильтрокомпенсирующие устройства как метод...

Одной из основных причин несинусоидальности напряжения является широкое распространение устройств с нелинейными вольт-амперными характеристиками.

Задать вопрос