ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9. Тема: «УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ»

Тема: «УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ»

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Воздействие постоянного тока на ткани организма используется для лечения. Выпрямители - это устройства, применяемые практически во всей медицинской аппаратуре, как лечебной, так и диагностической.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ.Полупроводниковый выпрямитель; осциллограф; соединительные провода;

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Понятие постоянного и переменного электрического тока.

2. Электропроводность полупроводников.

3. Электронно-дырочный переход.

4. Типы выпрямителей и принципы их работы.

5. Типы фильтров и принципы их работы.

6. Назначение выпрямителей, их применение в медицине.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

В науке, технике и медицинской практике имеется много областей, для которых необходим постоянный ток: лечение постоянным током, зарядка аккумуляторов, медицинская аппаратура.

Постоянный ток можно получать от генератора постоянного тока, аккумуляторов и гальванических элементов. Но чаще к месту потребления подается переменный ток, который получается от генераторов переменного тока, установленных на электростанции. Этот переменный ток на местах преобразуют в постоянный, используя при этом приборы, называемые выпрямителями.

Простейший выпрямитель, в схему которого (см. рис. 4) входит полупроводниковый диод (Д) и электрический фильтр, состоящий из дросселя (Др) и конденсатора (С). Обозначение диодов на электрических схемах показано на рис. 2, причем острие стрелки показывает направление тока.

Работа полупроводниковых выпрямителей и диодов основана на свойствах p-n-перехода. Свойство p-n-перехода пропускать ток только в одном направлении объясняется наличием двух типов проводимости полупроводников – электронной (полупроводники n-типа) и дырочной (полупроводники p-типа).

Существуют полупроводники, у которых одновременно обе проводимости имеются в равной степени (в частности, все полупроводники в химически чистом состоянии).

Подбором примесей можно регулировать характер и величину проводимости полупроводника. Так, у германия, находящегося в четвертой группе периодической системы, примеси элементов пятой группы, например мышьяка, создают донорные уровни и электронную проводимость, тогда как примеси элементов третьей группы, например индия, создают акцепторные уровни и дырочную проводимость.

На границе контакта полупроводников разного типа проводимости образуется запирающий слой.

Если к p-n-переходу присоединить источник тока, внешнее напряжение которого совпадает с направлением контактной разности потенциалов (КРП) слоя, то запирающий слой еще более возрастет. Это включение диода в так называемом запирающем направлении, и ток в цепи будет очень слабый. При противоположном подключении полюсов источника тока к диоду – в прямом направлении – возникает прямой ток, значение которого будет зависеть от внешнего напряжения.

1 2

Рис. 1.

Если на диод подавать ток, величина и направление которого изменяются по гармоническому закону (переменный ток), то нижняя часть синусоиды (графика переменного тока) диодом будет срезана, после диода в цепи протекает пульсирующий ток с перерывам в половину периода (см. рис. 3).

Рис. 2.

Рис. 3.

Для сглаживания пульсации тока (в выпрямителях любого типа) применяется электрический фильтр, состоящий из конденсатора и дросселя (рис. 4). При нарастании пульсирующего напряжения от нуля до максимума конденсатор фильтра заряжается до максимального (для данного напряжения) значения. При уменьшении этого напряжения конденсатор разряжается, создавая добавочный ток, текущий через нагрузку в направлении, совпадающем с направлением пульсирующего тока. Таким образом, в период резкого уменьшения пульсирующего напряжения ток, создаваемый разрядом конденсатора, частично компенсирует резкое падение тока в нагрузке.

Дроссель Др еще более способствует сглаживанию пульсации тока. При возрастании пульсирующего тока в дросселе возникает ЭДС самоиндукции, направленная противоположно току и задерживающая увеличение тока. Ток не успевает достигнуть максимального значения. Поэтому амплитуда пульсирующего тока в цепи становится несколько меньше. Уменьшение тока приводит к возникновению в дросселе ЭДС самоиндукции, направленной так же, как и ток, и задерживающей падение пульсирующего тока. Результатом этого является еще большее сглаживание тока. Сглаженный ток, т.е. выпрямленный ток, хорошо приближается по своему характеру к обычному постоянному току.

Рис. 4. Схема выпрямителя с электрическим фильтром.

Д – диод, Др - дроссель, С - конденсатор, R - нагрузка, K₁, K₂, K₃ - ключи,
1, 2, 3, 4 - клеммы.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Каким образом можно получить полупроводник с электронной или дырочной проводимостью?

2. Какие носители заряда являются основными, а какие неосновными в полупроводнике p –типа, n-типа?

3. Как образуется p-n-переход на границе контакта полупроводников с различным типом проводимости?

4. Каково основное свойство p-n-перехода?

5. Как устроен полупроводниковый диод?

6. С какой целью в данной работе используется осциллограф?

7. Какой ток называется пульсирующим, импульсным, переменным, постоянным?

8. Объясните назначение и принцип действия всех узлов выпрямителя.

9. Применение постоянного тока в медицине.

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ