Politechnika Śląska Wydział Elektryczny Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki
Laboratorium Energoelektroniki dr inż. Szymon Pasko	Temat ćwiczenia:		Kierunek / Sem.:
		Dioda		Elektrotechnika / Semestr VI
						Grupa / Sekcja:
						Grupa 2 / Sekcja V
Data wykonania:	Ocena:	Imię i Nazwisko:
14 / 04 / 2012		Krinke Damian Nandzik Paweł Laskowski Krzysztof Wierzbowski Paweł
Data oddania:
12 / 05 / 2012

1. Cel ćwiczenia

Celem przeprowadzonych ćwiczeń laboratoryjnych było zapoznanie się z właściwościami dynamicznymi diod, badania obejmowały diodę prostowniczą oraz ultraszybką diodę Schottky C3D04060. Podczas pomiarów pobierane zostały oscylogramy zawierające czas wyłączania, przebieg prądu oraz napięcia, stromość opadania prądu (di/dt). Naszym zadaniem jest również porównanie otrzymanych wyników z danymi katalogowymi diod.

2. Model fizyczny diody

Model fizyczny wziął nazwę od tego, że w równaniach go opisujących znajdują się parametry bezpośrednio wprowadzone z zasad fizyki ciała stałego. Model ten dobrze odzwierciedla właściwości diody i jest wykorzystywany w symulatorach układów elektronicznych.

Rys. 1. Model fizyczny diody

Model jest zbudowany z diody wewnętrznej D_w, nieliniowej pojemności złączowej C_t, nieliniowej pojemności dyfuzyjnej C_d oraz dwóch rezystancji liniowych R_s, R_r.

Dioda wewnętrzna D_w (dwójnik bezinercyjny) opisana jest zależnością:

i_w = I_s (exp(u_w/NU_t)-1)

gdzie: i_w - prąd diody wewnętrznej,

u_w - napięcie diody wewnętrznej,

I_S - prąd nasycenia

U_t - potencjał termiczny

N - współczynnik emisji

Nieliniową pojemność złączową C_t określa się pośrednio za pomocą ładunku Q_t, natomiast nieliniową pojemność dyfuzyjną C_t opisuję się poprzez ładunek Q_d.

3. Schemat układu pomiarowego

Rys 1. Schemat układu pomiarowego

4. Zestawienie pobranych oscylogramów

Kanał 1 (niebieski): pomiar prądu

Kanał 2 (turkusowy): pomiar napięcia

1. Proces wyłączania bez dodatkowych układów tłumiących

Wykres 1. Proces wyłączania diody prostowniczej Wykres 2. Proces wyłączania diody ultraszybkiej.

2. Proces wyłączania z dodatkową cewką w dołączoną do obwodu

Wykres 3. Proces wyłączania diody prostowniczej Wykres 4. Proces wyłączania diody ultraszybkiej

3. Proces wyłączania z dodatkową cewką oraz tłumikiem RC dołączonymi do obwodu

Wykres 5. Proces wyłączania diody prostowniczej Wykres 6. Proces wyłączania diody ultraszybkiej

4. Proces wyłączania z dodatkowym tłumikiem RC dołączonym do obwodu

Wykres 7. Proces wyłączania diody prostowniczej Wykres 8. Proces wyłączania diody ultraszybkiej

5. Zestawienie wyników pomiarowych

Dioda prostownicza
	Zworka	L	L + RC	RC
trr [ns]	212	336	392	256
IRM [A]	12.4	9.5	11.3	9.6
di/dt	2.74	0.90	0.99	2.48

Tabela 1. Zestawienie wyników pomiarowych diody prostowniczej

Dioda ultraszybka
	Zworka	L	L + RC	RC
trr [ns]	23.6	47.2	168	106.0
IRM [A]	11.6	7.4	8.5	8.0
di/dt	5.21	1.16	1.08	3.30

Tabela 2. Zestawienie wyników pomiarowych diody ultraszybkiej

7. Porównanie diody prostowniczej z diodą ultraszybką

● Z przedstawionych oscylogramów wynika, że dioda ultraszybka CREE ma zdecydowanie krótszy czas wyłączania a więc i najmniejszą pojemność złączową. Na jej oscylogramie występują również o wiele słabiej tłumione oscylacje, które są wynikiem nieliniowego charakteru pojemności złączowej.

● Zastosowanie któregokolwiek z dodatkowych elementów tłumiących powodowało wydłużenie czasu wyłączania diody. Dodanie szeregowej cewki zmniejszyło amplitudę impulsu prądowego, natomiast podłączenie równoległego obwodu RC zaowocowało zwiększeniem tłumienia oscylacji podczas wyłączania. Najmniejsze wydłużenie czasu wyłączania dla diody ultraszybkiej wystąpiło przy zastosowaniu szeregowej cewki a dla diody prostowniczej równoległego obwodu RC.

● Ograniczenie oscylacji prądy w procesie wyłączania diod poprzez zastosowanie układów RLC (n p. takie jak te badane podczas ćwiczenia) okupione jest niestety wydłużeniem czasu wyłączania diody.

8. Dane katalogowe diody ultraszybkiej CREE C3D04060

Wykres ilustrujący stabilność ustalania się charakterystyki wstecznej niezależnie od temperatury dla diody ultraszybkiej CREE

Nota katalogowa zawiera również informacje iż ustalanie się charakterystyki wstecznej jest niezależne od:

- Wspomnianej temperatury

- Prądu przy polaryzacji w kierunku przewodzenia

- Stromości prądu po czasie (di/dt)

6

Laboratorium Energoelektroniki - Grupa 2, Sekcja V - Dioda

---