Цель работы
1. Снять прямую ветвь вольтамперной характеристики диода при различных температурах окружающей среды.
2. Снять обратную ветвь вольтамперной характеристики при различных температурах окружающей среды.
3. Определить динамическое и статическое сопротивление диода при различных температурах окружающей среды.
4. Построить зависимость статического и динамического сопротивления от приложенного напряжения.
5. Определить коэффициент выпрямления для различных температур.
Краткие теоретические сведения
Полупроводниковым диодом называется двухэлектродный прибор, основу которого составляет р-n переход (рис. 1.1).
Рис 1.1
Полупроводниковые диоды изготовляют на основе германия или кремния. Область с большей концентрацией примеси называется эмиттером, область с меньшей концентрацией примеси — базой. Электрические выводы при помощи омических контактов (базовый электрод и эмиттерный электрод) присоединяются к области базы и эмиттера.
Реальная и теоретическая характеристики полупроводникового прибора приведены на рис. 1.2.
Рис. 1.2
Аналитическое выражение тока полупроводникового диода описывается следующим уравнением:
;
где 
¾ ток насыщения;
¾ заряд электрона;
— приложенное внешнее напряжение;
¾ высота потенциального барьера;
— постоянная Больцмана;
¾ абсолютная температура;
— концентрация основных носителей эмиттера;
— концентрация основных носителей базы.
В области малых прямых и обратных токов реальная и теоретическая характеристики совпадают. В области больших прямых токов (десятки миллиампер и больше) становится значительным падение напряжения на омически распределенном сопротивлении базы и омических контактах, поэтому напряжение на р-n переходе будет меньшим, чем приложенное внешнее напряжение. В результате этого реальная характеристика идет ниже теоретической, и уравнение тока будет иметь вид
,
где 
¾ распределенное сопротивление базы.
При увеличении обратного напряжения ток насыщения не остается величиной постоянной, и начинает расти. Причины роста этого тока следующие:
— термическая генерация носителей в переходе;
— увеличение тока за счет поверхностной проводимости.
Кремниевые диоды имеют меньшую концентрацию неосновных носителей, поэтому прямой и обратный ток этих диодов меньше, чем у германиевых (рис. 1.3).
Статическое и динамическое сопротивления по вольтамперным характеристикам определяются следующим образом (рис. 1.4) :
где 
— статическое сопротивление;
— динамическое сопротивление.
Рис. 1.3 Рис. 1.4
Выпрямительные свойства диода определяются коэффициентом выпрямления 
. Чем больше коэффициент выпрямления, тем лучшими выпрямительными свойствами обладает диод
I. Методические указания
Для снятия прямых ветвей вольт-амперных характеристик (ВАХ) 
диодов используется схема, приведенная на рис. 1.5. Исследуемые диоды включаются в прямом направлении. Содержащиеся в схеме вольтметр и миллиамперметр непосредственно измеряют прямое напряжение, приложенное к диоду, и величину прямого тока через диод.
Рис. 1.5
Схема для снятия обратной ветви ВАХ выпрямительных диодов приведена на рис. 1.6.
Рис. 1.6
II. Программа работы
1. Сборка и апробирование схем.
2. Снятие прямой и обратной ветвей ВАХ кремневого и германиевого выпрямительных диодов при комнатной температуре.
3. Снятие ВАХ и 
при повышенной температуре ( 
°C).
4. Построение ВАХ диодов, обработка полученных результатов.
1. Сборка и апробирование схем для снятия вольт-амперных характеристик диодов.
Схемы собираются на основе монтажного шасси с использованием источников питания, измерительных приборов лабораторного стенда и комплекта соединительных проводов. Для нагревания диодов используется термостат.
Элементы схемы соединяются между собой в соответствии со схемами, изображенными на рис. 1.5., 1.6.
При снятии прямой и обратной ветвей ВАХ диода подаваемые наибольшие величины прямого и обратного напряжений не должны превышать предельно допустимых для конкретного типа прибора.
После сборки схем с разрешения преподавателя необходимо провести апробирование схем, т.е. при включенном питании убедится в наличии токов через диоды, установить пределы измерений стрелочных измерительных приборов и определить цену деления шкал приборов.
2. Снятие прямой и обратной ветвей ВАХ выпрямительных диодов при комнатной температуре.
При снятии прямой ветви ВАХ (рис. 1.5.) прямое напряжение подается от источника питания 0¸15 В, изменяется в интервале 0¸0,5 В для германиевого диода, 0¸1 В для кремневого диода с помощью потенциометра.
Для снятия обратной ветви ВАХ (рис. 1.6.) схема питается от источника 0¸300 В. Обратное напряжение изменяется в пределах, допустимых для данного типа диода с интервалом 5 В в начале характеристики и с интервалом 10 В на пологом участке характеристики.
3. Снятие ВАХ диодов при повышенной температуре.
Для снятия ВАХ при указанной преподавателем температуре исследуемые диоды помещаются в термостат. Температура нагрева контролируется термометром. Пределы измерения напряжений и интервалы между отсчетами остаются такими же, как в п. 2.
4. Построение ВАХ диодов, обработка полученных результатов.
По данным измерений строятся графики вольт-амперных характеристик диодов на одном рисунке.
III. Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Паспортные данные исследуемых приборов.
3. Схема исследования.
4. Таблицы с данными измерений.
5. Графики снятых зависимостей и расчетные параметры.
6. Расчет и построение зависимостей динамического и статистического сопротивлений от приложенного напряжения
7. Выводы по работе.
IV. Контрольные вопросы и задания
1. Что такое собственная, электронная и дырочная проводимости полупроводников?
2. Как на энергетических диаграммах полупроводников с собственной, электронной и дырочной проводимостями располагается уровень Ферми?
3. Как зависит положение уровня Ферми от концентрации примесей в примесных полупроводниках?
4. Нарисовать энергетическую диаграмму p-n перехода.
5. Что такое контактная разность потенциалов двух полупроводников и чем определяется ее величина?
6. Нарисовать энергетические диаграммы p-n перехода при прямом и обратном включениях.
7. Из каких составляющих состоит ток через p-n переход и как они зависят от внешнего напряжения?
8. Как зависит величина прямого и обратного тока p-n перехода от температуры и почему?
9. Что такое ширина p-n перехода и как она зависит от величины и полярности приложенного напряжения?
10. Что такое емкость p-n и как она зависит от приложенного напряжения?
11. Нарисовать устройство точечных и плоскостных диодов.
12. Чем различаются характеристики германиевых и кремниевых диодов?
13. Как влияет температура окружающей среды на характеристики диодов?
14. Назвать основные параметры точечных и плоскостных диодов.
15. Назвать преимущества и недостатки полупроводниковых диодов по сравнению с вакуумными и каковы основные области их применения.
I. Полупроводниковый диод
1. Что такое диффузия носителей в полупроводнике?
а) движение носителей за счет электрического поля;
б) хаотическое тепловое движение носителей;
в) движение за счет разности концентраций.
2. Что такое дрейф носителей в полупроводнике?
а) хаотическое тепловое движение;
б) движение носителей за счет электрического поля;
в) движение за счет разности концентраций.
3. Какой материал чаще всего используется для изготовления выпрямительных диодов?
а) кремний;
б) селен;
в) арсенид галлия;
г) окись бария.
4. Чем объясняется скачек потенциала на границе двух областей с разным типом проводимости?
а) разной концентрацией подвижных носителей;
б) наличием внешнего источника напряжения;
в) наличием двойного электрического слоя, образующегося за счет нескомпенсированного объемного заряда по обе стороны p-n-перехода;
г) инжекцией подвижных носителей сквозь p-n-переход.
5. При каких значениях прямого напряжения обычно работают германиевые выпрямительные диоды?
а) 0,01 – 0,08 В;
б) 0,08 – 0,2 В;
в) 0,2 – 0,8 В;
г) 0,8 – 1,5 В.
6. При каких значениях прямого напряжения обычно работают кремниевые выпрямительные диоды?
а) 0,01 – 0,1 В;
б) 0,1 – 0,7 В;
в) 0,7 – 2 В;
г) 2 – 3,5 В.
7. Какова величина допустимого обратного напряжения у кремниевых плоскостных выпрямительных диодов?
а) 5 – 30 В;
б) 100 – 1500 В;
в) 1500 – 2500 В;
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2
Дата: 2016-10-02, просмотров: 291.
