Parametry a aplikace diod

Transkript

1 Cvičení 6 Parametry a aplikace diod Teplotní závislost propustného úbytku a závěrného proudu diody (PSpice) Reálná charakteristika diody, model diody v PSpice Extrakce parametrů diody pro PSpice Měření a simulace závěrného zotavení diody, stanovení t rr Jednopulzní usměrňovač princip činnosti, návrh a výpočet zvlnění Simulace průběhu proudu a napětí na usměrňovači, porovnání s experimentem Elektronické prvky AB34ELP

2 Vliv teploty na VA charakteristiku diody I F [ma] 00 T T T >T U R [V] U F [V] U F, I R U BR (lavinový průraz) U BR (Zenerův průraz) 0.8 T T.0 I R [A]

3 PSpice V-A charakteristika ) Spustit Capture/Design Entry CIS ) File Open Project 06_D_VA_temp.opj K dispozici jsou tři simulační profily:. Pracovní bod. Stejnosměrná analýza VA propustná 3. Stejnosměrná analýza VA závěrná Pro teploty -5, -75, -5, 5, 75 a 5 o C nasimulujte průběhy propustných VA charakteristik diody N400 Pro teploty -5, -75, -5, 5, 75 a 5 o C nasimulujte průběhy závěrných VA charakteristik diody N400 Výsledky simulací zpracujte v Excelu.

4 Zpracování výsledků list UF(T) zde importovat grafy charakteristik zde doplnit odečtené hodnoty U F pro I F = ma zodpovědět otázky R x

5 Zpracování výsledků list IR(T) zde importovat grafy charakteristik zde doplnit odečtené hodnoty I R pro U R = 50V R x zodpovědět otázky

6 I F [A] Reálná V-A charakteristika diody (propustná) N4007 rekombinační proud reálná ideální difůzní proud U F [V] I I 0 e eu nkt vliv sériového odporu R s n~ n~ n~ di~/r s du vysoká injekce

7 Reálná V-A charakteristika diody (závěrná) I R [A] U R [V] I R = I 0 generační proud 5 průraz reálná ideální 0 5 0

8 Model diody v PSpice R S I D I 0 e U nu T U T kt/e I D C D C D C d C j τ U T T I 0 e U nu T Cj0 U UD m Parametr PSpice Symbol Název Jednotka IS I 0 saturační proud A N n emisní koeficient RS R s sériový odpor Ω VJ U D difúzní napětí V CJO C j0 bariérová kapacita při U=0 F M m dotační koeficient TT τ T doba průletu s BV U BR průrazné napětí V IBV I BR závěrný proud pro U R =U BR A

9 Parametry modelu diody v PSpice I F [ma] 00 RS T >T 50 T T XTI 00 IS EG U R [V] BV N U F [V] TBVI IBV NBV T T I R [A].0

10 Odečet parametrů modelu list Reálná VA zde doplnit hodnoty dané aproximací průběhů a odečíst hodnoty parametrů n a R S

11 Proud (ma) Měření doby závěrného zotavení t RR diody Doba závěrného zotavení t RR dává rychlost s jakou je dioda schopna přepnout z propustného do závěrného směru. Závisí na tom, jak je dioda resp. vnějšího obvod schopna odčerpat z přechoduin minoritní nositele injekované při propustné polarizaci. propustná polarizace závěrná polarizace 3 I FM t rr I RRM 5% I RRM 90% I RRM Čas (s) I FM vrcholová hodnota propustného proudu I RRM vrcholová hodnota proudu při závěrném zotavení t rr doba závěrného zotavení Q rr komutační náboj

12 Měřící přípravek měření t RR diody volba diody odpor zvolit k

13 Zapojení pro měření t RR diody U gen maximální f = 0 khz k A B OSC OSC CH R=k OSC CH

14 PSpice Měření t rr ) Spustit Capture/Design Entry CIS ) File Open Project 06_trr.opj K dispozici jsou tři simulační profily:. Pracovní bod. trr simulace měření doby zotavení 3. trr_priklad vlivu závěrného zotavení diody na charakteristiky obvodu Proveďte simulaci měření doby závěrného zotavení pro t rr = a 6 μs (parametr ). Výsledky simulace zpracujte v Excelu (list trr) a porovnejte s měřením. Proveďte simulaci s hodnotou t rr zjištěnou měřením.

15 Zpracování výsledků list TRR zde importovat grafy simulovaných průběhů zde doplnit hodnoty I FM, t rr,i RRM odečtené z průběhů získaných simulací a měřením

16 Aplikace diod - Usměrňovač

17 Aplikace diod - Usměrňovač

18 Aplikace diod - Usměrňovač

19 Aplikace diod - Usměrňovač

20 GND Motivace: USMĚRŇOVAČ S FILTREM 30V 50Hz usměrňovač filtr stabilizátor zátěž Tr TRANSFORMER Např. 5V/00mA D U TPS V IN OUT 5 30V 50Hz C C 3 #EN NC/FB 4 C zátěž uf 4.7uF/6.3V Tr TRANSFORMER U, C a C dle doporučeného katalogového zapojení

21 GND USMĚRŇOVAČ S FILTREM Návrh stabilizovaného zdroje napětí: 30V 50Hz U S D U TPS V U U 5 IN OUT C Tr TRANSFORMER 3 #EN C uf 4 NC/FB C 4.7uF/6.3V I Z zátěž 5,0V/00mA Postup při návrhu ) Výběr vhodného stabilizátoru podle potřeb zátěže (napětí U, proudový odběr zátěže ) ) Návrh usměrňovače a filtru podle požadavků stabilizátoru (napětí U, jeho zvlnění ) 3) Výběr vhodného transformátorku (velikost napětí U S )

22 USMĚRŇOVAČ S FILTREM Stabilizátor napětí TPS76950 I Z U U U U

23 USMĚRŇOVAČ S FILTREM Doporučené obvodové zapojení stabilizátoru napětí U I Z U U U

24 USMĚRŇOVAČ S FILTREM Požadavky na vstupní napětí stabilizátoru U MAX U MAX U šš U U MIN t

25 USMĚRŇOVAČ S FILTREM Požadavky na vstupní napětí stabilizátoru U MIN U MAX U šš U U MIN U MIN U + 0, V 7mV zaokrouhlíme např. na 0, V t

26 GND 30V 50Hz USMĚRŇOVAČ S FILTREM Požadavky na vstupní napětí stabilizátoru D C Tr TRANSFORMER U TPS V U U 5 IN OUT 3 #EN C uf 4 NC/FB C 4.7uF/6.3V I Z zátěž U MAX = 3,5 V U MIN U + 0, V = 5,V (mezní katalogový údaj) U = 5 V / 00 ma (zaokrouhlený charakteristický katalogový údaj) U MAX = 3,5 V U U MIN U +0, V = 5,V U šš U + / U šš U MAX = 3,5 V U - / U šš U MIN = 5, V t

27 GND USMĚRŇOVAČ S FILTREM Požadavky na vstupní napětí stabilizátoru 30V 50Hz D C Tr TRANSFORMER U IN 3 #EN C uf U TPS OUT 4 NC/FB C 4.7uF/6.3V 5V U I Z zátěž U U MAX = 3,5 V U MIN U +0, V = 5,V U šš Potlačení zvlnění (dle katalogu) = 60dB = 0log( U / U ) = 60dB U / U = 000 Pokud požadujeme zvlnění výstupního napětí např. U šš = +/- mv U šš = +/- V t

28 GND USMĚRŇOVAČ S FILTREM Požadavky na vstupní napětí stabilizátoru 30V 50Hz D C Tr TRANSFORMER U IN 3 #EN C uf U TPS OUT 4 NC/FB C 4.7uF/6.3V zátěž Maximální ztrátový výkon stabilizátoru (dle katalogu) P MAX = (U - U )*I Z = mw Snaha minimalizovat ztrátový výkon minimalizace (U - U ) 5V U I Z U MAX = 3,5 V U volíme co nejblíže k U MIN U U MIN U +0, V = 5,V U šš U - / U šš U MIN = 5, V a U šš = +/- V U U MIN + / U šš = 5, + = 6, V t Zvolíme například U = 6,5 V

29 USMĚRŇOVAČ S FILTREM Výpočet kapacity filtru pro jednocestný usměrňovač: D I Z U = 6,5 V / 00 ma 30V 50Hz Tr C C =??? U Rz U = +/- V I Z = 00 ma U šš = V I U dq dt Q C U U MAX I C du dt U šš C IZ U T šš U I šš Z f R Z pro U U šš U R f I Z Z U MIN T=/f t C U I Z šš f 0, 50 mf

30 USMĚRŇOVAČ S FILTREM Výpočet kapacity filtru pro můstkový usměrňovač: 30V 50Hz I U dq dt Tr Q C U U MAX U MIN I C T/ T=/f - + du dt t C C =??? C U šš I C Z U I Z T U šš U / I Rz Z šš f U šš U = 6,5 V / 00 ma U = +/- V I Z = 00 ma IZ f 0, 50 R Z U šš = V U U pro šš 500 F U R f I Z Z

31 USMĚRŇOVAČ S FILTREM Velikost výstupního napětí U S pro jednocestný usměrňovač I S U FD D U = 6,5 V / 00 ma U = +/- V U šš = V I Z = 00 ma 30V 50Hz U S C U Rz Tr U FD = 0,7 až V (dle zatížení diody) U Smax = U + / U š + U FD = 6, ,85 = 8,35 V (maximální hodnota) U Sef = U Smax / = 8,35 /,4 = 5,9 V (efektivní hodnota) Zvolíme například transformátor s výstupním napětím U Sef = 6 V při I S =00mA

32 PSpice Měření na usměrňovači ) Spustit Capture/Design Entry CIS ) File Open Project 06_usmernovac.opj K dispozici jsou tři simulační profily:. Pracovní bod. usmernovac tranzientní analýza průbehů proudů a napětí 3. mereni tranzientní analýza průbehů proudů a napětí v měřítku shodném s měřením Proveďte simulaci průběhu proudu a napětí v obvodu jednopulzního usměrňovače (profil usmernovac). Proveďte simulaci v profilu mereni. Výsledky simulace zpracujte v Excelu (list usmernovac) a porovnejte s měřením.

33 Měření Usměrňovač

34 Měření Usměrňovač G CH CH Měření vstupního střídavého napětí u vst a nabíjecího proudu i D.

35 Měření Usměrňovač G Měření vstupního střídavého napětí u vst a výstupního střídavého napětí u výst.

36 Zpracování výsledků list Usměrňovač zde importovat grafy simulovaných průběhů zde doplnit hodnoty u výstšš, U výst,i odečtené z naměřených a simulovaných průběhů