AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA

im. Stanisława Staszica w Krakowie

WYDZIAŁ INŻYNIERII

MECHANICZNEJ I ROBOTYKI

KATEDRA ROBOTYKI I

MECHATRONIKI

Elektronika w mechatronice

Diody - właściwości, charakterystyki i zastosowanie.

Sprawozdanie 2

Marek Miodunka, Tomasz Strzałka

Projektowanie Mechatroniczne, WIMiR

Zadanie 1. Charakterystyki diod

Skonstruowano następujący układ do wyznaczania charakterystyk diod:

Umożliwia on wyznaczenie wszystkich charakterystyk podczas jednej symulacji.

Składa się z 3 badanych diod, trzech rezystancji oraz źródła napięcia. Osiągnięte
charakterystyki przedstawiono poniżej: (charakterystyki prądowe i napięciowe kolejno dla
diody krzemowej, Schottky`ego i Zenera)

Jak można zauważyć, charakterystyki diody krzemowej i Schottky`ego są bardzo

podobne. Różnią się jedynie maksymalnymi osiąganymi wartościami napięcia i natężenia
prądu. Dioda Zenera w kierunku przewodzenia zachowuje się jak normalna dioda, natomiast
przy polaryzacji zaporowej przewodzi prąd powyżej pewnego napięcia (nazywanego napięciem
przebicia)

Zmodyfikowano układ w celu badania w dziedzinie czasu. Sygnałem wymuszającym

jest bipolarny sygnał kwadratowy:

Przebieg napięcia na źródle:

Przebieg napięcia na diodzie krzemowej:

Przebieg napięcia na diodzie Schottky`ego:

Napięcia na diodach w obu przypadkach osiąga wartości tylko nieujemne. W dodatku

na diodzie Schottky`ego zaobserwowano mniejszy spadek napięcia niż na diodzie krzemowej.

Zadanie 2. Prostownik jednopołówkowy

Skonstruowano układ prostownika jednopołówkowego. Źródło napięciowe ustawiono tak, by
reprezentowało standardowe napięcie sieciowe w Polsce (częstotliwość 50Hz, wartość
maksymalna prądu 325V – RMS 230V )

Otrzymany wykres prądu na wyjściu:

Zmierzono wartość maksymalną napięcia na wyjściu, która wynosiła 317V. Korzystając ze

wzoru

𝑈

𝑅𝑀𝑆

=

𝑈

𝑚𝑎𝑥

2

obliczono wartość napięcia skutecznego: 158,5V

Zmodyfikowano układ, aby otrzymać prostownik dwupołówkowy w układzie mostka Graetza:

Przebieg czasowy napięcia na wyjściu:

Zmierzono wartość maksymalną napięcia, która wyniosła 322V, co oznacza, że wartość

skuteczna

𝑈

𝑅𝑀𝑆

=

𝑈

𝑚𝑎𝑥

√2

= 227,69 𝑉

Zadanie 3. Zasilacz prądu stałego

Zaprojektowano zasilacz prądu stałego na bazie prostownika dwupołówkowego w układzie
mostka oraz z wykorzystaniem dwóch diod zenera. Założono, że napięcie jest obniżane
transformatorem do wartości maksymalnej 80V.

Przebieg napięcia na wyjściu układu:

Przebieg prądu na kondensatorze filtrującym o pojemności 0,3mF:

Przebieg prądu na kondensatorze filtrującym o pojemności 3nF:

Jak zauważono, im mniejsze wartości pojemności kondensatora filtrującego, tym mniejsze
prądy przepływają przez układ. Niestety wiąże się to z większym tętnieniem napięcia
wyjściowego dla kondensatorów małej pojemności.

W celu weryfikacji modelu obliczono napięcie tętnień korzystając ze wzoru:

𝑈

𝑡𝑝𝑝

=

𝐼

𝑙

2 ∙ 𝑓 ∙ 𝐶

∙ (1 − √

𝑟

𝑤

2 ∙ 𝑅

𝑙

4

) ≈

𝐼

𝑙

2 ∙ 𝑓 ∙ 𝐶

Z wykresu odczytano

𝑈

𝑡𝑝𝑝

= 1,35 𝑉:

Dla pojemności C=0,3mF i f=50Hz obliczono:

𝐼

𝑙

= 2 ∙ 𝑈

𝑡𝑡𝑝

∙ 𝑓 ∙ 𝐶 = 2 ∙ 1,35𝑉 ∙ 50𝐻𝑧 ∙ 3 ∙ 10

−4

𝐹 = 40,5𝑚𝐴

Co pokrywa się z wartością odczytaną z wykresu:

Wnioski



Diody krzemowe, Schottky`ego i Zenera mają odmienne charakterystyki. Dla dwóch
pierwszych są one zbliżone, z korzyścią mniejszego spadku napięcia dla diody
Schottky’ego. Tylko dioda Zenera pozwala na pracę w kierunku zaporowym po
przekroczeniu napięcia przebicia.



Prostowniki diodowe to układy, które pozwalają na uzyskanie napięcia jednego znaku,
które po odpowiedniej filtracji jest napięciem stałym.



Napięcie wyjściowe z prostowników charakteryzuje się tętnieniem zależnym od rodzaju
prostownika i zastosowanej filtracji. Tętnienie jest zjawiskiem wysoce niepożądanym.



Prostownik w układzie mostka Graetza pozwala na zastosowanie diod mniejszych
mocy, ponieważ diody pracują naprzemiennie przez połowę czasu, dzięki czemu muszą
wydzielać mniej mocy niż w przypadku pracy ciągłej.



Wartość skuteczna prądu wyjściowego z prostownika dwupołówkowego jest wyższa
niż z prostownika jednopołówkowego. Ponadto układ charakteryzuje się mniejszymi
tętnieniami oraz wyższą sprawnością.



Zasilacze małej mocy można konstruować z wykorzystaniem diod Zenera. Dodatkowy
kondensator filtrujący pozwala na uzyskanie dość gładkiej charakterystyki napięcia i
prądu wyjściowego.