Краткие сведения:

Полупроводниковым диодом называется ПП прибор с одним p-n переходом и двумя выводами. Рабочим элементом диода является p-n переход, а следовательно все параметры, свойственные p-n переходу и его ВАХ , являются параметрами и ВАХ ПП диода.

В ПП диодах используются несимметричный p-n переход плоскостной или точечный в прямом или обратном включениях. В соответствии с конструкцией p-n перехода наибольшее применение получили точечные и плоскостные ПП диоды.

Этот диод предназначен для преобразования переменного тока в постоянный. В этом диоде используется свойство односторонней проводимости p-n перехода, то есть прямое включение.

Выпрямительные диоды выполняются на основе Ge и Si. Кремниевые диоды более стабильные при изменении температуры, а германиевые способны работать с большими токами и имеют меньшее сопротивление в прямом направлении..

ВАХ выпрямительного диода идентична характеристике p-n перехода.

Основными параметрами полупроводникового диода являются:

S – крутизна;

Ri – внутреннее сопротивление переменному току или дифференциальное сопротивление;

Ro – сопротивление постоянному току.

Ro подразделяется на Rпр – сопротивление диода, включаемого в прямом направлении, и Rобр – сопротивление диода, включенного в обратном направлении. Ri и Ro определяются графически по ВАХ диода в точке покоя (ТП).

Зная Iд, отмечаем его на ВАХ и проецируем до пересечения с характеристикой. Отмечаем ТП, проецируем ее на ось напряжений и получаем значение напряжения на диоде Uд. Теперь можно определить Ro. Чтобы определить Ri, надо взять приращение тока ∆I и определить графически приращение ∆U в рабочей точке.

Выпрямительные свойства оцениваются с помощью коэффициента выпрямления, равного отношению прямого тока к обратному, измеренных при одинаковых прямом и обратном напряжениях, равных 1В.

                               Iпр       r диф.обр.

Квыпр = –––––– = –––––––––––, при Uпр = Uобр = 1В.

                       Iобр    r диф.пр.

Основными параметрами предельных режимов работы выпрямительных диодов являются максимально допустимая рассеиваемая мощность Pmax, допустимое обратное напряжение Uобр max и максимальный прямой ток Iпр max.

Плоскостные и точечные диоды отличаются своими параметрами и применением. Плоскостные диоды, имеющие сравнительно большие геометрические размеры, допускают большие рабочие токи и большие рассеиваемые мощности. Точечные диоды, имеющие малые размеры, обладают малой емкостью p-n перехода, что позволяет применять их на очень высоких частотах.

Для выпрямления больших напряжений применяется последовательное соединение выпрямительных диодов, образующих выпрямительные столбы. Выпускают так же выпрямительные блоки – группы диодов, соединенных по различным выпрямительным схемам.

Принцип работы простейшей выпрямительной схемы следующий: при поступлении на вход схемы переменного напряжения Uвх через диод течет ток, а следовательно он течет и через Rн. На выходе мы имеем положительную полуволну тока. Течет ток и через C, заряжая эту емкость. Когда поступает отрицательная полуволна, тока через диод нет. Нет ничего и на выходе, а С разряжается через Rн, таким образом в нагрузке протекает постоянный ток с небольшими пульсациями.

Вопросы допуска:

1 Почему характеристика обратного тока выпрямительного диода, снятая при комнатной температуре, отличается от идеальной характеристики P-N перехода?

2 Дайте определение полупроводникового выпрямительного диода.

3 Почему выпрямительные диоды изготавливают, как правило, с кремниевым P-N переходом?

4 Что такое дифференциальное сопротивление диода?

Задание: Экспериментально снять ВАХ диода и убедиться в соответствии ее форме с теоретической ВАХ.

Содержание отчета:

1 Название и цель работы.

2 Принципиальная схема.

3 Таблица для снятия характеристик

4 Графическая характеристика.

5  Расчетная часть.

Рисунок 1- Схемы включения выпрямительного диода

Порядок выполнения работы:

Снять обе ветви ВАХ диода (прямую и обратную) в программе моделирования Multisim. Для этого включить режим моделирования и изменять напряжение на диоде: клавишей «r» уменьшая, сочетанием «Shift»+«r» - увеличивая его. Величину напряжения снимать с вольтметра соответствующей схемы, величину тока - с амперметра. Показания приборов занести в таблицу. Выключить режим моделирования.

Расчетная часть:

Построить характеристику диода. В точках, указанных преподавателем, произвести расчет дифференциального сопротивления методом треугольника и касательной: Ri= ΔUпр/ ΔIпр

Контрольные вопросы:

1 Почему и до каких пределов Uпр прямая ветвь ВАХ нелинейная в нижней части?

2 Какие свойства p-n перехода используются в выпрямительных диодах?

3 Как определяется рабочий режим выпрямительного диода?

4 Чем отличаются кремниевые диоды от германиевых?

5 Что такое предельно допустимое обратное напряжение?

Виды контроля (Оценка)

Лабораторные работы оцениваются следующим образом:

оценка «5»:

- работа выполнена самостоятельно в объеме 100 % и получен верный ответ или иное требуемое представление результата работы;

- нет нарушений в оформлении работы;

- правильно выполнено свыше 95 % работы.

- правильно сформулированы выводы;

- правильно даны ответы на вопросы допуска и контрольные вопросы.

оценка «4» ставится, если:

- работа выполнена самостоятельно в объеме 100 % (допускаются небольшие  математические ошибки, не влияющие на конечный результат);

- незначительные нарушения в оформлении практической работы, исправления;

- правильно выполнено свыше 85 % работы;

- даны ответы на вопросы допуска и контрольные вопросы (допускаются 1-2 неточности в ответе).

оценка «3» ставится, если:

- работа выполнена в объеме 100 %, но допущены ошибки, приводящие к неверному конечному результату.

- некорректные выводы

- даны ответы на вопросы допуска и контрольные вопросы (допускаются 1-2 неточности в ответе).

оценка «2» ставится, если:

- допущены существенные ошибки, показавшие, что студент не владеет обязательными знаниями, умениями, необходимыми для выполнения работы, или значительная часть работы выполнена не самостоятельно;

- грубые нарушения в оформлении практической работы;

- отсутствие требуемых выводов;

- даны ответы не на все вопросы допуска и контрольные вопросы

Лабораторная работа №2

«Исследование полупроводникового стабилитрона»

Продолжительность проведения – 2 часа