Разработка блока аппаратно-программного комплекса для исследования вольт-амперных характеристик диодов в прямом направлении - Дипломная работа

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА Разработка блока аппаратно-программного комплекса для исследования вольт-амперных характеристик диодов в прямом направлении Бакалаврская работа содержит 77 листов машинописного текста, 23 таблицы, 54 рисунка, 43 формулы, 6 источников использованной литературы. ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, СИЛОВОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР, ДИФФУЗИОННАЯ ЕМКОСТЬ, ЭЛЕКТРОТЕПЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ, МОДЕЛЬ ДИОДАВ различных сферах промышленности используются устройства силовой электроники на основе силовых полупроводниковых приборов (СПП) на номинальные токи до десятков тысяч ампер и напряжения десятки киловольт. При эксплуатации силовых полупроводниковых приборов, в качестве которых широко применяются силовые диоды и тиристоры, их надежность обуславливается исходным качеством и режимами эксплуатации. Для повышения надежности силовых полупроводниковых приборов (СПП) и устройств силовой электроники в целом требуется обеспечить близкие к номинальным электрический и тепловой режимы их эксплуатации. Это должно обеспечиваться путем ведения сплошного контроля значений параметров и характеристик силовых полупроводниковых приборов и отбраковки потенциально ненадежных приборов на стадиях их производства и эксплуатации. Разработчики устройств силовой электроники на основе группового последовательного соединения силовых полупроводниковых приборов не имеют информации о значениях параметров приборов.В настоящее время силовая полупроводниковая электроника представляет собой обширную область науки и техники, охватывающую большой круг вопросов получения и исследования полупроводниковых материалов, физических основ и принципов действия приборов различных классов, основ конструирования и технологии их производства, принципов построения и расчета схем. Г, «Проектирование полупроводниковых низкочастотных выпрямительных диодов» Сережкина Ю. Н., Ионычева В. К. подробно рассмотрены протекающие физические процессы в диодах при прямом смещении. Установившееся определение силовых приборов как приборов, работающих свыше 10 А, является в известной степени условным, так как физические основы работы силовых приборов и приборов на токи менее 10 А принципиально ничем не отличаются. Выпрямительный диод - это прибор, предназначенный для выпрямления переменного тока (преобразования переменного тока в пульсирующий ток одной полярности). Прямое напряжение на диоде, зависящее от прямого тока через него, равно сумме падений напряжения на внешних контактах к эмиттерным слоям структуры, самим сильнолегированных эмиттерных слоях, на p -n и n -n переходах и на базовой области.При протекании тока через диод в нем рассеивается некоторая мощность, выделяющаяся в виде тепла. Средняя мощность потерь определяется как: (1.21) где T - период переменного тока. При определении потерь мощности в прямом направлении обычно используют так называемую кусочно-линейную аппроксимацию прямой ВАХ диода [3]. Исходя из этого, средняя мощность потерь определяется формулой: (1.22) где UF(2,5IFAV) - прямое падение напряжения на диоде при протекании тока, равного 2,5IFAV.Импульсное напряжение в открытом состоянии UFM - наибольшее мгновенное значение напряжения в открытом состоянии, обусловленное импульсным током в открытом состоянии заданного значения (амплитуда тока открытого состояния равна 3.14 кратному значению максимально допустимого среднего тока в отрытом состоянии IFAV. Динамическое сопротивление в открытом состоянии RT - сопротивление определяемое по наклону прямой аппроксимирующей ВАХ в открытом состоянии. Среди непрерывных методов измерения ВАХ наиболее часто используется метод со ступенчато изменяющейся амплитудой измерительных воздействий (рисунок 6). В соответствии с ГОСТ методика измерения прямого импульсного напряжения диода определяется формированием полусинусоидальных или иных импульсов, длительностью импульсного тока, при которой прибор полностью включается и которая не вызывает значительного нагрева перехода во время измерения. Среди существующих импульсных методов очень часто используется метод, в ходе которого на ИП подается серия однопериодных синусоидальных импульсов с возрастающей амплитудой (рисунок 7), величиной 3,14•IF(T)AVM - значение максимально допустимого среднего тока в открытом состоянии.В настоящее время мировым лидером для исследования СПП считается швейцарская компания LEMSYS. Среди отечественных разработок испытательного оборудования для СПП можно выделить испытательный комплекс «АДИП» [5], разработанный на базе МГУ им. Данное оборудование широко применяется на российском рынке благодаря своим широким возможностям, малым габаритам и низкой цене. Из этого следует, что в данном комплексе отсутствует автоматическая сортировка СПП по определенным параметрам.

Содержание

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Модели ВАХ диодов в прямом направлении

1.1.1 Мощность потерь и тепловое сопротивление диода

1.2 Методы измерения параметров ВАХ

1.3 Аппаратура для измерения ВАХ

1.4 Выводы

2. Моделирование электрических и тепловых процессов в диодах

2.1 Разработка и исследование электротепловой модели СПП

2.1.1 Обобщенная структура электротепловой модели СПП

2.1.2 Визуализация электрической части модели диода в прямом направлении в среде Multisim

2.2 Моделирование вольт-амперной характеристики диода на 10 А, включенного в прямом направлении, в среде Multisim

3. Разработка схемных решений блока аппаратно-программного комплекса для исследования ВАХ диода в прямом направлении

3.1 Разработка структурной схемы аппаратно-программного комплекса

3.2 Выбор и расчет схемы управляемого источника тока

3.3 Расчет импульсного трансформатора

4. Экспериментальные исследования

Заключение

Список использованных источников