Описание лабораторной установки. Исследование вольтамперных характеристик p-n переходов с различной площадью переходов и шириной запрещенной зоны полупроводника

Исследование вольтамперных характеристик p-n переходов с различной площадью переходов и шириной запрещенной зоны полупроводника

Лабораторная работа №1

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Целью лабораторной работы является изучение функционирования p-n перехода при прямом и обратном включении. Для этого в данной работе исследуются прямые и обратные ветви вольтамперных характеристик p-n переходов германиевых и кремниевых выпрямительных диодов большой и малой мощности (с большой и малой площадью p-n перехода).

Вольтамперные характеристики p-n переходов снимаются на лабораторной установке, внешний вид которой представлен на
рис. 16, а.

Рис. 16. Лабораторная установка для исследования вольтамперных характеристик p-n переходов:

а – общий вид установки; б – увеличенная фотография объединительной платы,
в – чертеж сменного модуля для диода малой мощности.

Лабораторная установка состоит из источника питания GVA1, мультиметра в режиме амперметра PA1, мультиметра в режиме вольтметра PV1 и объединительной платы А1, на которой имеются разъемы для подключения измерительных приборов, а также модуля с полупроводниковым диодом, p-n переход которого исследуется в лабораторной работе. На увеличенной фотографии объединительной платы (рис. 16, б) они обозначены XA1 – разъем амперметра, XV2 – разъем вольтметра, разъем для подключения модуля обозначен ХS2. Там же показан резистор R1 для защиты диодов от перегрузки по току. Для подключения измерительных приборов к объединительной плате А1 служат кабели ЕХ1 и ЕХ2.

Чтобы получить вольтамперные характеристики p-n переходов, необходимо изменять напряжение на переходе и измерять величину протекающего через него тока. На рис. 17 показаны электрические схемы для исследования вольтамперных характеристик германиевых и кремниевых p-n переходов с большой и малой площадью. Во всех схемах около измерительных приборов проставлены рекомендуемые пределы измеряемых величин.

0 – 2 мА

0 – 200 мкА

0 – 20 мкА

0 – 20 мкА

0 – 20 В

0-20 В

R1

R1

R1

R1

0 – 2000 мВ

0 – 10 А

0 – 2000 мВ

0 – 20 мА

б

а

в

г

Рис.17. Электрические схемы для исследования вольтамперных характеристик германиевых и кремниевых p-n переходов с большой и малой площадью:
а – для прямой ветви ВАХ p-n перехода малой площади; б – для обратной ветви ВАХ p-n перехода малой площади; в – для прямой ветви ВАХ p-n перехода большой площади; г – для обратной ветви ВАХ p-n перехода большой площади.

Примечание. На всех четырех схемах рис. 17 обозначена перемычка XS1, причем она шунтирует резистор R1 только в схемах в и г (для исследования переходов большой площади). Сама перемычка XS1 с разъемом ХР1, расположенным на объединительной плате, показаны на рис.16, б. При наличии перемычки в разъеме ХР1 в схему можно подавать токи величиной до 2 ампер. В схемах исследования p-n переходов малой площади (рис.17, а и б) перемычка не шунтирует резистор R1, а, значит, она должна быть удалена из разъема, в противном случае, p-n переход может быть поврежден.

Задания на лабораторную работу

Задание 1. Снять зависимости прямого тока от прямого напряжения для двух кремниевых p-n переходов с различной величиной площади перехода. Схемы измерений собирать в соответствии с рис. 17, а, в. Пределы на приборах устанавливать, как показано на рисунках. Результаты измерений занести в
таблицу 1.

Таблица 1

Кремниевый p-n переход
Малой площади	U пр, В
I пр, мА
U обр, В
I обр, мкА
Большой площади	U пр, В
I пр, мА
U обр, В
I обр, мкА

Задание 2. Снять зависимости обратного тока от обратного напряжения для двух кремниевых p-n переходов с различной величиной площади перехода. Схемы измерений собирать в соответствии с рис. 17, б, г. Пределы на приборах устанавливать, как показано на рисунках. Результаты измерений занести в
таблицу 1.

Задание 3. Снять зависимости прямого тока от прямого напряжения для двух германиевых p-n переходов с различной величиной площади перехода. Схемы измерений собирать в соответствии с рис. 17, а, в. Пределы на приборах устанавливать, как показано на рисунках. Результаты измерений занести в
таблицу 2.

Таблица 2

Германиевый p-n переход
Малой площади	U пр, В
I пр, мА
U обр, В
I обр, мкА
Большой площади	U пр, В
I пр, мА
U обр, В
I обр, мкА

Задание 4. Снять зависимости обратного тока от обратного напряжения для двух германиевых p-n переходов с различной величиной площади перехода. Схемы измерений собирать в соответствии с рис. 17, б, г. Пределы на приборах устанавливать, как показано на рисунках. Результаты измерений занести в
таблицу 2.

Задание 5. По данным таблиц 1 и 2 на одних осях построить прямые и обратные ветви вольтамперных характеристик кремниевого и германиевого переходов малой площади. Масштабы по осям токов и напряжений выбирать в соответствии с максимальными значениями этих величин в таблицах. Анализируя положение вольтамперных характеристик относительно осей координат, объяснить, почему ВАХ кремниевого перехода лежит правее ВАХ германиевого перехода.

Задание 6. По данным таблиц 1 и 2 на одних осях построить прямые и обратные ветви вольтамперных характеристик кремниевого и германиевого переходов большой площади. Масштабы по осям токов и напряжений выбирать в соответствии с максимальными значениями этих величин в таблицах. Сравнить вольтамперные характеристики, построенные в заданиях 5 и 6, и объяснить влияние площади перехода на вид вольтамперных характеристик.

Дата добавления: 2014-10-17