Politechnika Wrocławska

Instytut Górnictwa

Wydział Górniczy

ROK IV GZZ

Sprawozdanie nr 4.

Laboratorium z przedmiotu Automatyka .

TEMAT : Badanie prostowników niesterowanych i sterowanych

Wykonała :

Anna Bilmon

Badanie prostowników niesterowanych i sterowanych .

Cel ćwiczenia :

Celem ćwiczenia jest poznanie budowy i zasady działania półprzewodnikowych elementów prostowniczych , oraz podstawowych układów z prostownikami niesterowanymi i sterowanymi .

Program ćwiczenia obejmuje pomiar charakterystyk diody i tyrystora , oraz montaż i badanie układów do prostowania i regulacji napięcia.

Wprowadzenie:

Diody półprzewodnikowe są najczęściej stosowanymi elementami prostowniczymi niesterowanymi. Wyróżniamy dwa rodzaje diod półprzewodnikowych:

1. Diody ostrzowe - są budowane na małe prądy rzędu miliamperów. Ze względu na małą pojemność złącza diody te stosuje się w obwodach dużej częstotliwości.

2. Diody warstwowe - są budowane na prądu do kilkuset amperów.

Właściwości diody określa charakterystyka prądowo - napięciowa I=f(U). Przy przepływie prądu w kierunku przepustowym na diodzie występuje niewielki spadek napięcia
U, nie przekraczający 1V. Przy wzroście napięcia w tym kierunku szybko rośnie. Prądy znamionowe diod zawierają się w granicach od ułamków ampera do setek amperów. Przy przyłożeniu do diody napięcia o kierunku przeciwnym (zaporowym) płynie niewielki prąd wsteczny, rzędu mikroamperów. Prąd ten jest wywołany ruchem ładunków pochodzących od zanieczyszczenia półprzewodnika. Przy zwiększeniu napięcia w kierunku zaporowym prąd wsteczny zaczyna gwałtownie wzrastać. Natężenie pola elektrycznego osiągnęło taką wartość, że warstwa zaporowa została zniszczona i dioda przewodzi w dwóch kierunkach.

Tyrystor składa się z czterech warstw półprzewodnikowych typu p-n-p-n. Pierwsza warstwa p jest anodą, a ostatnia warstwa n jest katodą. Do drugiej warstwy p jest doprowadzona elektroda sterująca zwana bramką. Złącza p-n tyrystora można przedstawić jako układ trzech diod. Dwie skrajne są spolaryzowane w kierunku przewodzenia, trzecia - środkowa - w kierunku zaporowym. Trzecia dioda jest zbocznikowana obwodem zawierającym wyłącznik zamykany prądem bramki. Gdy do bramki nie jest przyłożone napięcie, tyrystor praktycznie nie przewodzi prądu w żadnym kierunku - płynie przez niego jedynie niewielki prąd wsteczny I_w. Dodatni impuls prądu bramki I_b wywołany przez przyłożenie odpowiedniego napięcia U_b między bramkę a katodę powoduje zlikwidowanie środkowej warstwy zaporowej. Tyrystor staje się przewodzący w kierunku od anody do katody.

Urządzenia wykorzystane do ćwiczenia :

• woltomierz prądu stałego

• amperomierz prądu stałego

• dwa rezystory suwakowe

• podstawa czasu (oscyloskop)

• układ prostownikowy jednopołówkowy i dwupołówkowy (Gretza)

• transformator 220/26

• wyłącznik

• przewody łączące

Schemat układu do badania tyrystora :

Badanie tyrystora .

Pomiary parametrów charakterystyki tyrystora wykonano w stanie przewodzenia, czyli przy zamkniętym wyłączniku W.

Tabela nr

I [MA]	Up [V]	R[ ]
0.85	0.16	194.12
1.3	0.24	184.61
1.75	0.34	197.14
2.65	0.43	162.26
2.8	0.56	201.79
3.3	0.66	200.00
3.8	0.76	200.00
4.25	0.85	200.00
4.7	0.95	202.13

Badanie diody.

Badanie diody dotyczy tylko kierunku przewodzenia. Zwiększając natężenie prądu od 0 do wartości znamionowej pomierzono spadek napięcia U_p na diodzie i obliczono rezystancje prostownika w kierunku przewodzenia z wzoru, który ma postać:

I [mA]	Up [V]	Rp [ ]
0.0	0.08	-
0.0	0.18	-
0.0	0.27	-
0.25	0.39	1560.00
1.3	0.46	353.85
5.5	0.54	108.00
10.5	0.58	55.24
16.5	0.61	36.97
23.5	0.63	26.81
31.0	0.645	20.81

Wnioski :

Podczas regulacji napięcia zasilającego układ z tyrystorem zaobserwowaliśmy :

• podczas zwiększania napięcia zasilania , napięcie na tyrystorze rośnie sukcesywnie , a jego wartość jest większa od zasilającego o ok. 3 ÷ 5 V

• wartość natężenia prądu mierzonego na tyrystorze liniowo wzrasta wraz ze wzrostem napięcia zasilania

• wartości rezystancji natomiast oscylują w granicach 194 - 202.13
  Ω , co przy uwzględnieniu błędu pomiarowego można uznać za wartość stałą .

Przy przepływie prądu w kierunku przewodzenia wzrasta prąd powodując nagrzewanie się diody. Przy badaniu diody mały przyrost napięcia daje duży przyrost prądu. Przy przepływie prądu w kierunku zaporowym po zwiększeniu wartości napięcia do kilkuset V wzrasta prąd wsteczny powodując zniszczenie warstwy zaporowej. Dioda przewodzi wówczas w obu kierunkach. Maksymalne napięcie wsteczne jakie można przyłożyć do diody w kierunku zaporowym bez zniszczenia jej jest większe dla diod krzemowych niż dla germanowych.

I

W

A

+

R1

V

R2

ZASILACZ

REGULOWANY

_

]

---