Описание лабораторной установки. Исследование влияния температуры на вольтамперную характеристику p-n перехода

Исследование влияния температуры на вольтамперную характеристику p-n перехода

Лабораторная работа №2

Вопросы для допуска к работе

1. Что называют p-n переходом?

2. Что представляют собой прямая и обратная ветви вольтамперной характеристики p-n перехода?

3. Как зависит положение ВАХ от величины площади p-n перехода?

4. Как зависит положение ВАХ от ширины запрещенной зоны полупроводника?

5. Объяснить порядок и методику выполнения работы.

Контрольные вопросы и задания

1. Нарисовать структуру p-n перехода и под структурой графики распределения подвижных и неподвижных носителей заряда. Объяснить распределение зарядов в каждой области структуры.

2. Объяснить образование p-n перехода.

3. Что такое контактная разность потенциалов? Как она образуется в p-n переходе?

4. Как влияет температура на величину контактной разности потенциалов?

5. Как зависит величина контактной разности потенциалов от ширины запрещенной зоны полупроводника?

6. Как зависит величина контактной разности потенциалов от концентрации примесей в p и n областях?

7. Как и почему изменяется контактная разность потенциалов p-n перехода при подключении к нему прямого (обратного) напряжения?

8. Как и почему изменяется ширина p-n перехода при подключении к нему прямого (обратного) напряжения?

9. Почему в отсутствии внешнего напряжения ток через p-n переход равен нулю?

10. Какова величина и природа тока, протекающего через p-n переход при прямом (обратном) включении?

11. Как зависит величина прямого (обратного) тока p-n перехода от ширины запрещенной зоны полупроводника?

12. Как влияет площадь p-n перехода на величину прямого (обратного) тока через p-n переход?

13. На одних осях изобразить вольтамперные характеристики идеального и реального p-n переходов. Объяснить, какие составляющие токов не учитывались при построении вольтамперных характеристик идеального p-n перехода.

Целью лабораторной работы является изучение влияния температуры на функционирование p-n перехода. В данной работе снимаются вольтамперные характеристики германиевого и кремниевого p-n переходов маломощных диодов при двух разных температурах.

Снятие вольтамперных характеристик p-n переходов германиевого и кремниевого диодов малой мощности выполняется для двух температурных диапазонов: комнатной (+18…+30°С) и максимальной температуре для германиевого диода (+68…+72°С), хотя рабочая температура кремниевого диода может достигать + 125°С.

Рис.18. Лабораторная установка для исследования влияния температуры на вольтамперную характеристику p-n перехода

В лабораторную установку, показанную на рис. 18, а, входит комплект приборов, который уже был использован для снятия ВАХ p-n переходов в лабораторной работе №1, это источник питания GVA1, мультиметр в режиме амперметра PA1 и мультиметр в режиме вольтметра PV1, объединительная плата А1. Для нагревания полупроводниковых диодов предназначен нагреватель А2 с возможностью автоматического подогрева до 70°С ± 2°С. В нем в качестве нагревательного элемента использован мощный резистор, который питается от отдельного источника GVA2. В непосредственной близости от резистора размещены исследуемые диоды. Для контроля температуры предназначен мультиметр РТ1 в режиме термометра. Все перечисленные приборы соединены в единую установку с помощью комплекта кабелей: для подключения измерительных приборов к объединительной плате А1 служат кабели ЕХ1, ЕХ2, для соединения термодатчиков, диодов и источника питания GVA2 с нагревателем предназначены кабели ЕХ3…ЕХ6, которые подключаются к нему через разъемы Х1 и Х2.

На рис. 19 представлена упрощенная электрическая схема исследования вольтамперных характеристик германиевого и кремниевого p-n перехода при двух разных температурах. В ней не показаны разъемы и термореле, задача которого автоматически поддерживать температуру p-n перехода +68…+72°С.

Рис. 19. Электрическая схема исследования вольтамперных характеристик германиевого и кремниевого p-n перехода при двух разных температурах.

В схеме присутствуют источник GVA1, измерительные приборы PV1 и PV2, резистор R3 для защиты диодов по току. Штрихпунктирной линией показана область нагрева (устройство А2 на рис. 18). В ней присутствуют диод VD1, термодатчик R1, а также мощный резистор R2, который и является собственно нагревательным элементом.

Задания на лабораторную работу

Задание 1. Подключить германиевый диод к объединительной плате А1 с помощью кабеля ЕХ4 (желтая маркировка). Снять зависимости прямого тока от прямого напряжения, а также обратного тока от обратного напряжения германиевого p-n перехода при комнатной температуре. Ее значение определить с помощью мультиметра РТ1 в режиме термометра. Результаты измерений занести в таблицу 3.

Рекомендации. Схемы измерений собирать в соответствии с рис. 18 и 19. Пределы на приборах устанавливать такие, как на рис. 17 а, б.

Таблица 3

T 1 – комнатная температура
Кремниевый p-n переход	U пр, В
I пр, мА
U обр, В
I обр, мкА
Германиевый p-n переход	U пр, В
I пр, мА
U обр, В
I обр, мкА

Задание 2. Подключить кремниевый диод к объединительной плате А1 с помощью кабеля ЕХ5 (зеленая маркировка). Снять зависимости прямого тока от прямого напряжения, а также обратного тока от обратного напряжения кремниевого p-n перехода при комнатной температуре, выполняя все рекомендации задания 1. Результаты измерений занести в таблицу 3.

Задание 3. Включить нагреватель. Наблюдать по термометру повышение температуры до +68…+72°С. По достижении температуры + 68°С приступить к снятию вольтамперных характеристик германиевого и кремниевого p-n переходов, выполняя рекомендации заданий 1 и 2. Результаты измерений занести в таблицу 4.

Таблица 4

T 2 = +68 … +72 °С
Кремниевый p-n переход	U пр, В
I пр, мА
U обр, В
I обр, мкА
Германиевый p-n переход	U пр, В
I пр, мА
U обр, В
I обр, мкА

Задание 4. По данным таблиц 3 и 4 на одних осях построить семейства вольтамперных характеристик германиевого и кремниевого p-n переходов для двух разных температур. Объяснить, как влияет температура на прямую и обратную ветви вольтамперных характеристик германиевого и кремниевого p-n переходов.

Дата добавления: 2014-10-17