КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Основные теоретические положения. Приборы и оборудование
Приборы и оборудование Снятие вольтамперных характеристик и определение основных параметров полупроводниковых диодов. Лабораторная работа №2 Цель: ознакомиться с конструкцией полупроводниковых диодов, снять и проанализировать вольтамперные характеристики германиевого и кремниевого диодов; определить параметры этих диодов. 1. Источники постоянного тока с регулируемым выходным напряжением 0-12 В; 0-250 В. 2. Два вольтметра магнитоэлектрической системы с пределами измерения 0-15 В и 0-250 В. 3. Миллиамперметр магнитоэлектрической системы с пределом измерения 0-100 мА. 4. Микроамперметр магнитоэлектрической системы с пределом измерения 0-1 мкА. 5. Набор полупроводниковых диодов. 6. Комплект соединительных проводов. Полупроводники имеют кристаллическое строение с ковалентной связью между атомами (германий, кремний). Для освобождения электрона из атома нужно затратить определенную энергию. При уходе электрона из атома появляется вакантное место, а, следовательно, возникает положительный заряд. При переходе электрона от соседнего атома к рассматриваемому, это вакантное место появится у соседа и т.д. Это значит, что положительный заряд, так называемая дырка, в кристалле может перемещаться. Под действием электрического поля дырки принимают направленное движение, то есть участвуют наряду со свободными электронами в образовании электрического тока. Число свободных электронов будет равно числу дырок. Таким образом, электрический ток в кристалле полупроводника обусловлен движением двух носителей зарядов: электронов и дырок. Рассмотренный механизм движения зарядов присущ чистым кристаллам. Такая проводимость называется собственной. При введении в кристалл примесей можно добиться преобладания какого-либо типа носителей заряда. Если атомы примеси легче отдают электроны, чем атом основного вещества, то кристалл будет обладать примесной электроннойпроводимостью (полупроводник n-типа). Такие примеси называются донорными, и к ним относятся элементы 5-ой группы (фосфор, мышьяк, сурьма). Если атомы примеси склонны и к захвату электрона, то у атомов кристалла освобождаются дырки (полупроводник р-типа). Такие примеси называются акцепторными. К ним относятся элементы 3-й группы (галлий, индий, алюминий). В основе полупроводниковых приборов лежит электронно-дырочный переход, называемый р-n-переходом. Р-n-переход - это область на границе двух полупроводниковых слоев с электронной и дырочной электропроводимостью в едином монокристалле. На границе создается резкий градиент концентраций одноименных носителей заряда, поскольку Pp >> Pn и nn >> np Вследствие разности концентраций одноименных носителей заряда в слоях происходит диффузия дырок из слоя р в слой п и наоборот - электронов из слоя п в слой р с последующей рекомбинацией с подвижными носителями противоположного знака. В результате, вблизи границы полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда и поэтому обладающий высоким сопротивлением - запирающий слой (рис. 1). Толщина его не превышает нескольких микрометров. При уходе дырок из р-слоя в нем создается не скомпенсированный отрицательный объемный заряд, обусловленный преимущественно неподвижными отрицательно заряженными атомами акцепторной примеси. Электроны, ушедшие из n-слоя, оставляют не скомпенсированный объемный положительный заряд, создаваемый неподвижными положительными зарядами донорных атомов. Для того чтобы переход был в целом электрически нейтральным, суммарный заряд должен быть равен нулю, то есть отрицательный заряд в р-области и положительный заряд в n-области должны быть одинаковыми. Поскольку концентрация акцепторов значительно выше, чем доноров, то протяженность положительного заряда в n-слое будет шире, чем отрицательного в р-слое lon > lop. Несимметричный переход сосредоточен в высокоомном слое. Наличие объемного заряда в р-n-переходе создает в запирающем слое электрическое поле с напряженностью Езaп и потенциальный барьер φk (контактную разность потенциалов). Внутреннее электрическое поле создает тормозящее действие для основных и ускоряющее для неосновных носителей заряда, то есть приводит к уменьшению диффузионного тока (обусловленного основными носителями заряда) Iдиф через переход и к появлению встречного ему дрейфового тока Iдр (обусловленного движением неосновных носителей). Подключим внешнее напряжение к р-n -переходу в прямом направлении, то есть плюсом выводу р-слоя, а минусом в выводу n-слоя. При этом внешнее электрическое поле напряженностью Евн направлено навстречу Езап, что приводит к уменьшению результирующего поля в р-n-переходе. Толщина запирающего слоя и потенциальный барьер уменьшаются, а при напряжении 0,3-0,5 В, в зависимости от исходного материала, запирающий слой совсем исчезает. Сопротивление р-n-перехода резко снижается, создаются условия для движения основных носителей заряда (инжекция), диффузионный ток возрастает. Дрейфовый ток через переход не меняется, поскольку он определяется только количеством неосновных носителей заряда. Для данного полупроводника концентрация их при определенной температуре является постоянной. С повышением приложенного внешнего напряжения прямой ток увеличивается. Такое состояние р-n-перехода, когда к нему подведено прямое напряжение, сопротивление его мало и через него протекает сравнительно большой прямой ток, называемый открытым. При обратном подключении внешнего напряжения (плюс к выводу n-слоя, а минус к выводу р-слоя), напряженность внешнего электрического поля Евн совпадает по направлению с напряженностью Езап. Запирающий слой расширяется, потенциальный барьер возрастает на величину внешнего напряжения Uобр. Это затрудняет прохождение через р-n-переход основных носителей, вследствие чего диффузионный ток уменьшается. Дрейфовый ток, обусловленный неосновными носителями, можно считать неизменным. Но теперь он будет превышать диффузионный. Через р-n-переход ток будет протекать в обратном направлении. Состояние р-n-перехода, когда к нему подведено обратное напряжение, сопротивление его велико и через него протекает малый обратный ток, называется закрытым. При увеличении обратного напряжения и превышении им некоторого значения Uобр.max обратный ток резко возрастает (участок 4 ВАХ). Такое явление называется пробоем р-n-перехода, а обратное напряжение, при котором происходит резкое возрастание обратного тока - напряжением пробоя. Напряжение пробоя р-n-перехода лежит в пределах от единиц до сотен вольт. Характерной особенностью полупроводниковых приборов является зависимость их характеристик и параметров от температуры. С ростом температуры концентрация носителей заряда увеличивается, что приводит к росту как Iпр, так и Iобр. Полупроводниковым диодом называют электропреобразовательный прибор с одним р-n-переходом, обладающий свойством односторонней проводимости тока. По конструкции диоды подразделяют на точечные и плоскостные. В точечных диодах р-n-переход образуется в месте контакта пластинки полупроводника n-типа с металлической иглой. В плоскостных диодах р-п-переход образуется двумя полупроводниками с различным типом электропроводимости. Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный. Основными параметрами выпрямительных диодов являются максимально допустимые значения прямого тока Iпр.mах и максимально допустимое обратное напряжение Uобр.max. Вольтамперная характеристика р-n-перехода полупроводникового диода представлены на рис. 2. К основным параметрам полупроводникового диода относят: дифференциальное сопротивление Ri: Ri = и статическое сопротивление (сопротивление постоянному току) Rо: R0 = Эти параметры можно определить по вольтамперной характеристике диода (рис. 2). Ri = = (1) R0 = (2) Рис. 2
Дата добавления: 2015-05-06; Просмотров: 372; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |