Однополупериодный выпрямитель

       Однополупериодный выпрямитель – это узел, предназначенный для преобразования переменного напряжения в постоянное. Его схема:

- Uвх – источник входного переменного напряжения;

- T – трансформатор, преобразует переменное напряжение в напряжение меньшего уровня, на которое рассчитан диод;

- VD – выпрямительный диод, пропускает только положительную половину входного напряжения, преобразуя переменное напряжение в пульсирующее;

- C – конденсатор, сглаживает пульсации напряжения;

- Rн – резистор нагрузки, с него снимается выходное напряжение Uвых.

Временные характеристики однополупериодного выпрямителя:

Принцип работы схемы без конденсатора:

При положительной полуволне диод открыт. Его сопротивление и напряжение малы. Из-за этого большая часть напряжения со вторичной обмотки трансформатора прикладывается к резистору нагрузки. Выходное напряжение повторяет по форме входное.

При отрицательной полуволне диод закрыт. Его сопротивление и напряжение велики. Поэтому большая часть напряжения вторичной обмотки трансформатора прикладывается к диоду. Выходное напряжение близко к нулю.

Таким образом, на выходе получается пульсирующее напряжение. При включении конденсатора, он заряжается и разряжается, сглаживая пульсации.

Стабилитрон

       Принцип работы стабилитрона основан на лавинном пробое p-n перехода. Его УГО:

       Подвидом стабилитрона является стабистор. Стабилитрон работает в обратном включении на участке лавинного пробоя, а стабистор – в прямом включении.

       ВАХ стабилитрона:

       Основные параметры стабилитрона:

       - U_ст – напряжение стабилизации – обратное напряжение лавинного пробоя;

       - I_стmin – минимальный ток стабилизации – минимальный обратный ток, при котором наступает устойчивый лавинный пробой;

       - I_стmax – максимальный ток стабилизации – максимальный допустимый обратный ток, при котором не возникает опасности теплового пробоя.

       - r_диф = DU_ст / (I_стmax – I_стmin) – дифференциальное сопротивление.

       Стабилитрон предназначен для удерживания напряжения на одном уровне и используется в стабилизаторах напряжения. Схема и временные характеристики параметрического стабилизатора напряжения:

       Принцип работы стабилизатора напряжения: Если входное напряжение Uвх незначительно повышается, то увеличиваются и токи в резисторе R₀ и стабилитроне VD. Из-за этого напряжение резистора R1 повышается, но на стабилитроне VD, из-за лавинного пробоя, напряжение не меняется. Нагрузка Rн подключена параллельно стабилитрону, поэтому напряжение на ней тоже не меняется. Таким образом, при незначительных колебаниях входного напряжения, выходное напряжение почти не колеблется.

Варикап

Принцип работы варикапа основан на барьерной ёмкости p-n перехода. Его УГО:

       Варикап обычно работает в обратном включении. Его вольт-фарадная характеристика:

       Основные параметры варикапа:

       - C_ном – номинальная ёмкость;

       - C_max – максимальная ёмкость;

       - C_min – минимальная ёмкость;

       - K_c = C_max / C_min – диапазон перекрытия емкостей.

       Варикап используется в качестве элемента, ёмкость которого зависит от приложенного напряжения. Это свойство используется в колебательных контурах с регулируемой ёмкостью. Схема колебательного контура с регулируемой ёмкостью:

       Катушка с индуктивностью L, конденсатор с ёмкостью C и варикап VD с ёмкостью C_VD образуют колебательный контур, который не пропускает со входа U_вх колебания резонансной частоты f_рез:

       Меняя напряжение источника питания U_пит или переменного резистора R2, можно регулировать ёмкость варикапа VD и, следовательно, резонансную частоту.

Туннельный диод

Принцип работы туннельного диода основан на туннельном пробое. Его УГО:

       Туннельные диоды изготавливают из вырожденных полупроводников, у которых туннельный провой возникает в обоих включениях. ВАХ туннельного диода:

       Основные параметры туннельного диода:

       - I_п – ток пика;

       - I_вп – ток впадины;

       - U_п – напряжение пика;

       - U_вп – напряжение впадины;

       - r_диф = (U_вп – U_п) / (I_вп – I_п) – дифференциальное сопротивление (отрицательное);

       - C_д – ёмкость диода.

       Принцип работы туннельного диода: В обратном включении из-за туннельного эффекта возникает туннельный пробой, поэтому ток велик. В прямом включении на участке между нулевым значением напряжения и пиком также возникает туннельный пробой. Между пиком и впадиной туннельный эффект уменьшается, поэтому ток падает. После впадины ОПЗ полностью исчезает, поэтому ток вновь становится велик.

       В схемах туннельный диод обычно работает в прямом включении на участке отрицательного дифференциального сопротивления (от пика до впадины). Туннельный диод используется в некоторых высокочастотных усилителях, а также для восполнения потерь энергии в колебательных контурах:

Обращённый диод

Принцип работы обращённого диода основан на туннельном пробое. Его УГО:

       Обращённые диоды изготавливают из полупроводников с высокой концентрацией примесей, но меньше, чем в вырожденных полупроводниках.

       ВАХ обращённого диода:

       Принцип работы обращённого диода: В обратном включении из-за туннельного эффекта возникает туннельный пробой, поэтому ток велик. В прямом включении туннельный эффект не возникает, но внутреннее электрическое поле очень велико. Поэтому ток через диод мал. Когда ОПЗ исчезает, ток резко увеличивается.

Обращённый диод используется на высоких и сверхвысоких частотах. При этом может использоваться как их односторонняя проводимость, так и нелинейность ВАХ.