Високачастотні діоди. Розрахунок трансформатора ТПП279

Міністерство освіти і  науки України

Вінницький  національний технічний університет

Інститут  радіотехніки, зв’язку та приладобудування

 

Кафедра ПКТА

 

 

 

 

 

 

ВИСОКАЧАСТОТНІ  ДІОДИ

РОЗРАХУНОК  ТРАНСФОРМАТОРА ТПП279

 

Пояснювальна  записка

з дисципліни ”Елементна база електронних апаратів”

до курсової роботи за спеціальністю

6.050902 – Радіоелектронна апаратура

   08-40 ЕБЕА 19.00.000 ПЗ

 

 

 

 

Керівник  курсової роботи

к.т.н.,ст.в. Лазарєв О.О.

 

______________________

 

”___” ____________2010 р.

 

Розробив студент гр. РАп-08

             _________________________                   

 

 ”___” ____________2010 р.

 

 

 

 

 

 

 

 

Вінниця ВНТУ 2010

 

Міністерство освіти і  науки України

Вінницький  національний технічний університет

Інститут  радіотехніки, зв’язку та приладобудування

ЗАТВЕРДЖУЮ

Завідувач кафедри  ПКТА

д.т.н., проф. М. А. Філинюк

________________________

                                                                                                                       (підпис)

“___” ____________  2010 р.

 

 

ІНДИВІДУАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

на курсову роботу з дисципліни “Елементна база електронних апаратів”

студенту                                            факультету МБЕП групи РАп-08

Тема роботи: Рідинно-кристалічні індикатори. Розрахунок трансформатора живлення ТПП268.

1. Мета роботи: Виконання технічного огляду сучасних електронних компонентів та розрахунок параметрів і конструкції електронного компоненту у відповідності до завдання.

2.У теоретичній  частині зробити технічний огляд  електронного компоненту у           відповідності до завдання. Висвітлити  докладно такі питання: основні терміни та визначення, класифікація, умовні графічні позначення, система маркування, принцип дії, основні параметри та характеристики, еквівалентна схема, типові схеми включення, конструкції, типові промислові вироби.          

3.Тема огляду: “ Високочастотні діоди ”

   4. У  розрахунковій частині виконати розрахунок трансформатора живлення електронної апаратури аналогічно промисловій серії ТПП у відповідності до завдання: (докладно, по пунктах)  розрахунок, ескіз та порівняння з промисловим зразком.

        5. Тип трансформатора: ТПП 279. Напруга первинної обмотки 220 В;

частота 50 Гц; напруги вторинної обмотки: U_11-12 = 5 В, U_13-14 = 5 В,U_15-16 = 20 В, U_17-18 = 20 В, U_19-20 = 5 В, U_20-21 = 5 В; струм вторинної обмотки: I2 = 5 А; номінальна потужність: P = 72 Вт.

6. Література: у відповідності до програми курсу та найдені джерела інформації.

 

Дата видачі “___” ________________ 2010 р.

Керівник ______________________

                                        (підпис)

Завдання  отримав __________________

                                       (підпис)

 

 

 

 

Анотація

     В курсовій роботі проведено  огляд сучасних високочастотних індикаторів, висвітлено такі питання: основні терміни та визначення, класифікація, умовні графічні позначення, фізичний принцип дії, параметри та характеристики, еквівалентні схеми, типові схеми включення, конструкції. У розрахунковій частині виконано розрахунок трансформатора живлення електронної апаратури аналогічного промисловій серії ТПП 279 у відповідності до завдання розраховано потужність вторичних обмоток по якій вибрано магнітопровід, падіння потужності в обмотках, визначено питомі втрати в магнітопроводі, кількість витків в обмотках, струм холостого ходу, вибрано провід типу ПЕВ-ІІ, а також визначено опори обмоток та падіння напруги на них.

 

Аннотация

     В курсовой работе проведен обзор современных высокочастотных диодов, изложены такие вопросы: основные термины и определения, классификация, условные графические обозначения, физический принцип действия, параметры и характеристики, эквивалентные схемы, типичные схемы включения, конструкции. В расчетной части выполнен расчет трансформатора питания электронной апаратуры аналогичного промышленной серии ТПП 279 в соответствии с заданием рассчитана мощность вторичных обмоток по которой выбрано магнитопровод, падение мощности в обмотках, определены удельные потери в магнитопроводе, количество витков в обмотках, ток холостого хода, выбран провод типа ПЕВ-ІІ, а также определено сопротивления обмоток и падения напряжения на их.

 

THE SUMMARY

     In-process course the review of modern high-frequency diodes is conducted, reflected such questions to perfection: basic terms and determinations, classification, conditional graphic denotations, physical principle of action, parameters and descriptions, equivalent charts, typical charts of including, construction. The calculation of transformer of feed of electronic apparatus of similar to the industrial series of TPP 279 in accordance with the task power of second puttees is expected which magnetwire is chosen on is executed in calculation part, falling of power in puttees, certainly specific losses in magnetwire, amount of coils in puttees, current of idling, a wire is chosen as PEV-ІІ, and also certainly resistances of puttees and pickoff on them.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зміст

 

Вступ………………………………………………………………………….…....…..5

1. Огляд на тему:  високочастотні діоди……………..………………………………6

1.1 Основні терміни та визначення..............................................................................6

1.2 Класифікація.............................................................................................................7

1.3 Умовні  графічні позначення...................................................................................7

1.4 Система  маркування................................................................................................7

1.5 Принцип  дії.............................................................................................................11

1.6 Основні  параметри та характеристики.................................................................12

1.7 Еквівалентна  схема……………………………………………………………….14

1.8 Типові схеми включення........................................................................................14

1.9 Конструкції..............................................................................................................15

1.10 Типові промислові вироби...................................................................................18

2 Розрахунок трансформатора живлення:..................................................................19

2.1 Розрахунок сумарної потужності вторинних обмоток  …………...………......19

2.2 Розрахунок струму первинної  обмотки  ………………………………….........20

2.3 Розрахунок обмоток  трансформатора  ……………………………………...….21

2.4 Ескіз компонента (з  розташуванням обмоток)  …………………………...…...31

Висновки …………………………………………………………………………..... 32

Перелік плсилань ..……………………………………………………………….....  33

Додатки..........................................................................................................................34

Додаток А  ………………………………………………………………………...…  35

 

Вступ

Метою виконання  даної курсової роботи є виконання  двох основних задач:

 

1. Провести технічний огляд по темі високочастотні діоди.
2. Виконати повний розрахунок трансформатора живлення. 

 

Огляд високочастотних діодів полягає у розгляді наступних питань: основні терміни та визначення, класифікація, умовні графічні позначення, система маркування, принцип дії, основні параметри та характеристики, еквівалентна схема, типові схеми включення, конструкції, типові промислові вироби.

Виконання розрахунку трансформатора живлення передбачає розрахунок всіх електричних та габаритних параметрів, необхідних для виготовлення  трансформатора.

Кінцевим  результатом курсової роботи є проведений аналіз високочастотних діодів та повний розрахунок трансформатора живлення:

-сумісна порівняльна таблиця технічних параметрів розрахованого компонента та альтернативного серійного промислового компонента;

-пояснення причин та вагомостей розбіжностей, що виникли у результаті розрахунку;

-ескіз отриманого компонента (з розташуванням обмоток).

 

1. Високочастотні діоди

 

1.1. Основні терміни та визначення

 

Напівпровідниковий  діод – це напівпровідниковий прилад з одним випрямляючим електричним переходом і двома зовнішніми виводами, в якому використовується те чи інша властивість випрямляючого переходу. В якості випрямляючого переходу може бути електронно-дірковий перехід, гетероперехід або контакт метал - напівпровідник. В діоді з електронно- дірковим переходом крім випрямляючого електричного переходу є ще два невипрямних переходи, через які p- і n- області діода з’єднуються з виводами. Електрод діода, підключений до позитивного полюса джерела струму, коли діод відкритий (тобто має маленький опір), називають анодом, підключений до негативного полюса — катодом.

Високочастотні  діоди - це прилади універсального призначення, які можуть бути використані для випрямляння,  детектування  і інших нелінійних перетворень електричних сигналів в діапазоні до 600 Мгц.

Електронно-дірковий перехід ( p — n -переход), область напівпровідника, в якій має місце просторова зміна типа провідності (від електронної n до діркової p ) . Оскільки в р -області Е.-д. п. концентрація дірок набагато вища, ніж в n -області, дірки з n -області прагнуть дифундувати в електронну область. Електрони дифундують в р -область. Проте після відходу дірок в n -області залишаються негативно заряджені акцепторні атоми, а після відходу електронів в n -області — позитивно заряджені донорні атоми.

Вольтамперна  характеристика – залежність напруги від струму або струму від напруги на ділянці електричного ланцюга. ВАХ може зображатися аналітично — як функція V = f (I) , де V — напруга, I — струм; графічно — у вигляді лінії в системі координат ( V , I ).[1]

Із збільшенням зворотної напруги зворотний струм також росте, але повільніше, ніж з підвищенням температури. Лише при подачі зворотної напруги, що більше нормується, відбувається різке його збільшення, що може привести до пробою p - n переходу.

Пряма напруга при малих прямих струмах, коли переважає падіння на переході діода, із зростанням температури зменшується. При великих струмах, коли переважає падіння на базі діода, залежність прямої напруги від температури стає позитивною. Точка, в якій відсутня залежність прямого падіння напруги від температури або ця напруга міняє знак, називається точкою інверсії.

У більшості діодів малої і середньої потужності допустимий прямий струм, як правило, не перевищує точку інверсії, а у силових потужніх діодів допустимий струм може бути вище за цю точку.

Напівпровідникові діоди володіють малими габаритами і великою стійкістю до механічних дій, що є одним.из істотних чинників, що визначають вибір радіоелементів при конструюванні сучасної радіоелектронної апаратури. Тому в даний час у  випрямних пристроях для живлення радіоелектронної апаратури напівпровідникові  вентилі майже повністю витіснили  вакуумні кенотрони.[2]

 

1.2. Класифікація

 

Високочастотні  діоди – це універсальні діоди, які можуть бути детекторними, модуляторами, імпульсними при достатній тривалості імпульсу, і навіть випрямними при малих струмах навантаження. Основна відмінність ВЧ діодів – зворотна гілка вольтамперной характеристики плавно знижується (збільшується зворотний струм, поступово переходячи в область електричного пробою).

Напівпровідникові високочастотні діоди за типом вживаного початкового матеріалу діляться на:

• германієві;
• кремнієві.

Під назвою «високочастотні  діоди» об'єднаємо цілу групу напівпровідникових діодів, призначених для обробки  високочастотних сигналів, а саме:

• детекторні діоди, призначені для виділення низькочастотного сигналу з модульованого коливання;
• діоди-змішувачі, використовувані для зміни частоти модульованого коливання, що несе;
• діоди-модулятори, призначені для модуляції високочастотного коливання, і ін.

По конструкції:

• площинні діоди;
• точкові діоди;
• мікросплавні діоди.

Для всіх цих діодів загальною  є робота на високих частотах.[2]

 

1.3. Умовні графічні позначення

 

Для позначення високочастотного діода на схема використовують символьне позначення VD і умовне графічне зображення що показане на Рисунку 1.1, воно також є спільним для імпульсних і універсальних діодів.

 

 

Рисунок 1.1 - Умовне графічне зображення випрямних діодів

 

1.4. Система маркування

 

Вітчизняна  система маркування високочастотних діодів діодів:

Позначення  складаються з п'яти елементів.

Перший  елемент позначення напівпровідникових приладів - буква або цифра - визначає початковий напівпровідниковий матеріал з якого виготовлений прилад:

1 або Г - германій  або з'єднання германію

2 або До - кремній або  з'єднання кремнію

3 або А - з'єднання  галію

4 або І - з'єднання  индия.

Другий елемент позначення - буква - що позначає підклас (або групу) приладів:

Д - діоди випрямні, імпульсні, діодні перетворювачі (магнитодиоды, термодиоды і ін.)

Ц - випрямні стовпи і блоки

У - варикапы

І - діоди тунельні і  обернені

А – діоди високочастотні, надвисокочастотні

Ж - стабілізатори струму

З - стабілізатори напруги (стабілітрони, стабістори, обмежувачі напруги)

Г - генератори шуму

Л - випромінюючі оптоелектронні прилади

Про - оптопари

Н - діодні тиристори

У - тріодні тиристори.

Третій  елемент позначення - цифра - що визначає призначення або принцип дії приладу.

Для високочатотних діодів:

1 - змішувачі

2 - детекторні

3 - підсилювальні

4 - параметричні

5 - перемикачі  і обмежувальні

6 - помножувальні  і настроювальні

7 - генераторні

8 - імпульсні

9 - випрямні.

 Четвертий елемент позначення - двозначні числа від 01 до 99 - указують порядковий номер розробки. Допускається використання тризначних чисел від 101 до 999 за умови що порядковий номер розробки перевищує число 99.

П'ятий елемент позначення - буква - що умовно визначає класифікацію (розбраковувану по параметрах) приладів, виготовлених за єдиною технологією. Як класифікаційна літера застосовуються букви російського алфавіту (за винятком З, П, Ч, Ы, Ш, Щ, Ю, Я, Ь, Ъ, Э).

Як додаткові елементи позначення використовується наступні символи:

Цифри 1...9 для позначення модифікацій приладу, що приводять до зміни його конструкції або електричних параметрів.

Система маркування JEDEC (США) напівпровідникових приладів :

Перший елемент

• означає число PN - переходів: 1 - діод; 2 - транзистор; 3 -тиристор

Другий елемент

• буква "N" (типономінал).

Третій елемент

• цифри (серійний номер).

Четвертий елемент

• буква, вказуюча на можливі зміни параметрів (характеристик) приладу в межах одного типономінала по EIA. Якщо корпус світлодіода або іншого напівпровідникового приладу малий, то в скороченій маркіровці перша цифра і буква "N" - не ставляться. [2]

Колірна маркіровка напівпровідникових діодів за системою JEDEC:

Таблиця 1.1. - Колірна маркіровка напівпровідникових діодів за системою JEDEC

числове значення	буквене значення	колір смуги	числове значення	буквене значення	Колір смуги
0	-	чорний	5	Е	зелений
1	А	коричневий	6	F	синій
2	У	червоний	7	G	фіолетовий
3	З	оранжевий	8	H	сірий
4	D	жовтий	9	I	білий

 

У колірній маркіровці напівпровідникових діодів перша цифра (одиниця) і буква "N" опускаються.

Номери з  двох цифр (1N66...) - позначаються однією чорною смугою і двома кольоровими, якщо в позначенні використовується буква, то вона указується четвертою  смугою.

Номери з  трьох цифр (1N237...) - позначаються трьома кольоровими смугами, четверта смуга  указує букву.

Номери з  чотирьох цифр (1N1420...) -обозначаются чотирма  кольоровими смугами і п'ятою чорною, якщо потрібно позначити букву, то її позначають п'ятою кольоровою смугою.

Кольорові смуги знаходяться ближче до катода або перша від катода – широка, тип діода читається від катода.

Європейська система маркування PRO ELECTRON напівпровідникових приладів:

Перший елемент

• означає початковий матеріал (А - германій; У - кремній; З - арсенід гапия; D -антимонид индия; R - сульфіт кадмію).

Другий елемент

• визначає підклас приладу (А - малопотужний діод; У - варікап; З - малопотужний НЧ транзистор; D - могутній НЧ транзистор; Е - тунельний діод; F - малопотужний ВЧ транзистор; G - декілька приладів в одному корпусі; Н - магнітодіод; L - могутній ВЧ транзистор; М - датчик Холу; Р - фотодиод.фототранзистор; Q - світлодіод; R - малопотужний регулюючий або перемикальний прилад; S - малопотужний перемикальний транзистор; Т - могутній регулюючий або перемикальний транзистор; U - могутній перемикальний транзистор; Х - умножительный діод; Y - могутній випрямний діод; Z - стабілітрон).

Тртій елемент

• цифри і букви: 100...999 - прилади широкого застосування, Z10...A99 - прилади для промислової і спеціальної апаратури.

Четвертий і п’ятий елементи

• букви і цифри, що позначають, - для стабілітронів - допустима зміна номінальної напруги стабілізації (буква) і напруга стабілізації, В (цифра): А = 1 %; В = 2%; С = 5%; D = 10%; Е = 15%

Колірна маркіровка напівпровідникових діодів по європейській системі PRO ELECTRON: [2]

 

Таблиця 1.2.- Колірна маркіровка напівпровідникових діодів по європейській системі PRO ELECTRON

колір смуги	значення кольорових смуг
	перша широка смуга	друга широка смуга	третя і четверта вузькі смуги
чорний	АА	Х	0
коричневий			1
червоний	ВА	S	2
оранжевий			3
жовтий		Т	4
зелений		V	5
синій		W	6
фіолетовий			7
сірий		Y	8
білий		Z	9

 

Також, як і  в американській системі тип  діода читається від катода. Кольорові  смуги знаходяться ближчим до катода або перша від катода - широка.

Маркеровка  напівпровідникових приладів по японські системі СИСТЕМІ JIS-C-7012

У Японії широко використовується промисловий стандарт JIS асоціацій Electronic Industries of Japan, який є комбінацією між системами позначень JEDEC і Pro-Electron. [4]

Умовне позначення складається з п'яти елементів:

Перший елемент

• цифра, позначає вид (клас) н/п приладу: 0 - фотодіод, фототранзистор; 1 - діод; 2 - транзистор; 3 - тиристор.

Другий елемент

• буква "S" означає "Semiconductor" (“Напівпровідник”).

Третій елемент

• буква, що позначає тип приладу: А - високочастотний транзистор з PNP переходом; У - низькочастотний транзистор з NPN переходом; З - високочастотний транзистор з NPN переходом; D - низькочастотний транзистор з PNP переходом; Е - діод Есаки (чотиришаровий діод із структурою PNPN); F - тиристор; G - діод Ганна (чотиришаровий діод із структурою NPNP); Н - одноперехідний (не инжектированный) транзистор; 1 - польовий транзистор з Р-каналом; К - польовий транзистор з N-каналом; М - симетричний тиристор (семістор); Q - світлодіод; R - випрямний діод; S - слабкострумовий діод; Т - лавинний діод; V - варікап; Z - стабілітрон.

Четвертий елемент

• позначає реєстраційний номер, починаючи з числа 11...

П'ятий елемент

• буква (може бути відсутнім), позначає різні додаткові модифікації - "А" або "В"

Шостий елемент

додатковий індекс "N", "М" або "S", що показує відношення до вимог спеціальних стандартів. У фотоприладів третій елемент маркіровки відсутній.[3]

 

1.5. Принцип дії

 

У напівпровіднику  n-типа основними носіями вільного заряду є електрони; їх концентрація значно перевищує концентрацію дірок (n_n >> n_p). У напівпровіднику p-типа основними носитялеми є дірки (n_p >> n_n). При контакті двох напівпровідників n- і p-типів починається процес дифузії: дірки з p-області переходять в n-область, а електрони, навпаки, з n-області в p-область. В результаті в n-області поблизу зони контакту зменшується концентрація електронів і виникає позитивно заряджений шар. В p-області зменшується концентрація дірок і виникає негативно заряджений шар. Таким чином, на межі напівпровідників утворюється подвійний електричний шар, електричне поле якого перешкоджає процесу дифузії електронів і дірок назустріч один одному. Прикордонна область розділу напівпровідників з різними типами провідності (так званий замикаючий шар) зазвичай досягає товщини порядка десятки і сотні міжатомних відстаней. Об'ємні заряди цього шару створюють між p- і n-областями замикаючу напругу U_з, приблизно рівну 0,35 В для германієвих n–p-переходів і 0,6 В для кремнієвих.[3]

Принцип  дії  високочастотного діода  пояснимо, звернувшись до схеми на рисунку 1.1, де Е – джерело, що формує постійну напругу U. В умовах  теплової  рівноваги  і  при U=0,  в приконтактной  області p+ -n-перехода  утворюється область, збіднена  основними  носіями електричного  струму шириною W₀, – область просторового  заряду (ОПЗ). Це приводить, у свою чергу, до утворення всередині p+ -n-перехода потенційного  бар'єру з напругою U₀ («вбудований потенціал»), що перешкоджає протіканню  електричного струму від анода до катода діода по ланцюгу (+) Е, – діод – (-) Е. Еслі до анода діода прикласти «+»,  а до  катода «-»  напруги джерела   Е,   як  це  показано  на рисунку . 1.1,  і збільшувати

 

Рисунок 1.1 - Схема, що пояснює принцип роботи діода

в прямому  включені

 

напруга U,  то  це  приведе  до  пониження  потенційного бар'єру  і зменшення ширини  ОПЗ.  При  U=U₀ потенційний бар'єр    повністю  компенсуватиметься. При подальшому  збільшенні U,  р+-п-переход  зміститься  в прямому напрямі і струм I,  що протікає  через діод,  почне різко зростати (пряма гілка ВАХ діода).  Якщо  полярність джерела Е змінити на  протилежну,  як  це  показано на  рисунку 1.2,  то  із  зростанням U  ширина  ОПЗ W зростатиме, розповсюджуючись,  головним чином,  у бік  високоомної бази  і  створюючи  ще  більшу  перешкоду  протіканню електричного  струму від катода до  анода діода. При цьому  струмом діода буде струм назад зміщеного p+-n-перехода, який із зростанням U слабо зростатиме (зворотна гілка ВАХ діода). При збільшенні U до значення U_ПРОБ діод вийде з ладу із-за  електричного пробою p+-n–перехода.[4]

 

Рисунок 1.2 - Схема, що пояснює роботу діода в зворотньому включені

 

 

1.6. Основні параметри та характеристики

 

Високочастотні діоди характеризуються тими ж параметрами номінальних і граничних режимів роботи, що і випрямні діоди. Крім того, високочастотні діоди часто характеризуються диференціальним ( внутрішнім) опором і коефіцієнтом шуму. Шумові властивості діода можна характеризувати величиною еквівалентного омічного опору R_екв, потужність теплових шумів якого рівна потужності шуму діода.

Якщо на низьких частотах струм в ланцюзі діода визначається тільки активними опорами електронно-діркового  переходу (R_n),а також р- і n-областей напівпровідника (r_б), то при роботі діода на високих частотах велику роль грають бар'єрна і дифузійна ємкості. В результаті сумісного впливу цих ємкостей і активного опору r_б властивості діода на високих частотах виявляються абсолютно іншими, чим на низьких частотах, випрямний ефект із зростанням частоти майже повністю зникає.[2]