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.

urządzenia wykorzystane do ćwiczenia:

• woltomierz prądu stałego,

• amperomierz prądu stałego,

• dwa rezystory suwakowe,

• dioda DD1-10R-04,

• zestaw tyrystorowy,

• przewody łączące.

badanie diody półprzewodnikowej

Najczęściej stosowanymi elementami prostowniczymi niesterowalnymi są diody półprzewodnikowe ostrzowe i warstwowe.

Diody ostrzowe są budowane na małe prądy rzędu kilku miliamperów. Otrzymuje się je przez wtopienie drucika wolframowego w płytkę germanu typu n. W miejscu wtopienia powstaje warstwa przejściowa półprzewodnika typu p. Ze względu na małą pojemność złącza diody te stosuje się w obwodach dużej częstotliwości.

Diody warstwowe są budowane na prądy do kilkuset amperów. Diody te otrzymuje się przez stopienie na powierzchni płytki krzemu typu n kostki glinu. Na styku glinu z krzemem powstaje warstwa glinu typu p. Do krzemu i glinu przyłącza się elektrody, pozwalające włączyć złącze p-n do obwodu elektrycznego. W podobny sposób powstają diody warstwowe przez połączenie germanu z indem.

Prądy znamionowe diod zawierają się w granicach od ułamków ampera do setek amperów. Są one ograniczone nagrzewaniem się diod. W celu polepszenia warunków oddawania ciepła diody przykręca się do radiatorów o dużej powierzchni chłodzenia.

Przy przyłożeniu do diody napięcia w kierunku przeciwnym (zaporowym) płynie niewielki prąd wsteczny, który jest spowodowany ruchem ładunków pochodzących z zanieczyszczeń półprzewodnika. Przy zwiększaniu napięcia w kierunku zaporowym dla pewnej jego wartości rzędu kilkuset woltów prąd wsteczny zaczyna gwałtownie rosnąć. Natężenie pola elektrycznego osiągnęło tak dużą wartość, że warstwa zaporowa została zniszczona i dioda przewodzi w obu warunkach.

przebieg ćwiczenia:

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

schemat układu do badania diody:

wyniki pomiarów i obliczeń:

Lp.	I	UD	RP	charakterystyka prądowo-napięciowa diody
		A	V		
1	0,001	0,40	400,00
2	0,002	0,47	235,00
3	0,004	0,52	148,57
4	0,007	0,55	78,57
5	0,011	0,58	52,73
6	0,015	0,59	39,33
7	0,019	0,61	32,11
8	0,024	0,62	25,83
9	0,029	0,63	22,11
10	0,033	0,64	19,39
11	0,038	0,65	17,11
12	0,043	0,66	15,35
13	0,048	0,67	14,11
14	0,052	0,68	13,08
15	0,057	0,69	12,11
16	0,062	0,70	11,29
17	0,067	0,71	10,60
18	0,095	0,72	7,58
19	0,125	0,73	5,84
20	0,150	0,74	4,93
21	0,175	0,75	4,29
22	0,200	0,76	3,80
23	0,225	0,77	3,42
24	0,280	0,78	2,79
25	0,360	0,79	2,19
26	0,420	0,80	1,90
27	0,480	0,81	1,69
28	0,540	0,82	1,52
29	0,890	0,83	0,93
30	1,250	0,84	0,67
31	1,560	0,85	0,54
32	1,900	0,86	0,45
33	2,500	0,87	0,35
34	3,000	0,89	0,30
35	5,000	0,94	0,19
36	7,500	1,00	0,13

wnioski:

Przy przepływie prądu w kierunku przepustowym na diodzie zauważono niewielki spadek napięcia, wynoszący przy ostatnim pomiarze 1 volt. Natomiast inaczej dzieje się z wartościami prądu, które przy niewielkim spadku napięcia na diodzie dość szybko rosną. Wzrost wartości prądu przepływającego przez diodę powoduje obniżenie wartości rezystancji diody. Powyższe spostrzeżenia przedstawia charakterystyka prądowo-napięciowa.

badanie tyrystora

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 doprowadzona jest 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. Ta 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 tylko niewielki prąd wsteczny. Dodatni impuls prądu bramki wywołany przez przyłożenie odpowiedniego napięcia między bramkę a katodę powoduje zlikwidowanie środkowej warstwy zaporowej. Tyrystor staje się przewodzący w kierunku od anody do katody.

przebieg ćwiczenia:

Pomiary parametrów charakterystyki tyrystora wykonano w stanie przewodzenia, czyli przy zamkniętym wyłączniku W. Przebieg pomiarów jest analogiczny jak w poprzednim punkcie dla diody. Na podstawie uzyskanych wyników wykreślono przebieg charakterystyki I=f(U) tyrystora.

W drugiej części badania tyrystora obserwowano zjawisko zapłonu tyrystora, skokową zmianę charakterystyki tyrystora w momencie zapłonu.

schemat układu do badania tyrystora:

wyniki pomiarów i obliczeń:

Lp.	I	UT	RP	charakterystyka prądowo-napięciowa tyrystora
		A	V		
1	0,1	0,82	8,20
2	0,2	0,84	4,20
3	0,3	0,85	2,83
4	0,4	0,86	2,15
5	0,5	0,87	1,74
6	1,0	0,92	0,92
7	1,5	0,94	0,63

wnioski:

Podczas regulacji napięcia zasilającego układ z tyrystorem zaobserwowano, że wartość natężenia prądu mierzonego na tyrystorze wzrasta niemalże liniowo wraz ze wzrostem napięcia na tyrystorze. Podczas badania zjawiska zapłonu tyrystora zauważono, że po przejściu tyrystora w stan przewodzenia a następnie po rozłączeniu napięcia na bramce tyrystor nadal znajduje się w stanie przewodzenia. Powrót ze stanu przewodzenia do stanu zaporowego następuje po zmniejszeniu się prądu w obwodzie anodowym tyrystora poniżej wartości tak zwanego prądu podtrzymującego. Tyrystor przestaje przewodzić, gdy napięcie zmienia swoją biegunowość na kierunek zaporowy.

Ze względu na brak czasu badanie prostowników niesterowanych i sterowanych nie zostało przeprowadzone.

---