Порядок выполнения работы и методические указания. Термины и обозначения

Термины и обозначения.

Постоянное прямое напряжение диода	Uпр.
Постоянное обратное напряжение диода	Uобр.
Постоянный прямой ток диода	Iпр.
Постоянный обратный ток диода	Iобр.
Дифференциальное сопротивление диода	rдифф.
Максимально допустимое постоянное обрат­ное напряжение диода	Uобр. макс.
Максимально допустимый постоянный пря­мой ток диода	Iпр. макс.

2. Цель работы:

2.1. Изучение принципа действия и конструктивных особенностей сило­вых полупроводниковых диодов.

2.2. Наблюдение на осциллографе и снятие вольтамперных характери­стик германиевого и кремниевого выпрямительных диодов.

2.3. Установление влияния на вольтамперные характеристики и пара­метры диодов ширины запрещенной зоны исходного полупроводнико­вого материала.

2.4. Сравнительный анализ сопротивлений переменному и постоянному току от величины и полярности внешнего напряжения и ширины запре­щенной зоны исходного материала.

3.1 До начала измерений на графиках, предназначенных для построения вольтамперных характеристик, с учетом вычисленного масштаба отме­тить предельно допустимые значения токов и напряжений, исходя из паспортных данных приборов. Пример выбора области дозволенных зна­чений токов и напряжений показан на рис.1-2.

Рис.1-2. Выбор области дозволенных значений токов и напряжений для силового (выпрямительного) диода.

3.2. Для получения прямых ветвей вольтамперных характеристик диодов собирается экспериментальная установка, представленная на рис.1-3.

Рис.1-3. Схема стенда для наблюдения прямых ветвей ВАХ полупро­водниковых диодов.

При снятии прямых ветвей ВАХ напряжение снимается с выхода зву­кового генератора при шкале напряжений до 30 В (переключатель вы­ходного сопротивления звукового генератора в положении - 600 Ом).

Выходные клеммы заземлять нельзя!

Разность потенциалов, снимаемая с исследуемого диода D, подается на вход “У” осциллографа.

Разность потенциалов, снимаемая с измерительного сопротивления R и пропорциональная току, протекающему через диод, подается на вход “X” осциллографа.

При снятии прямых ВАХ используется измерительное сопротивление R номиналом 27 Ом.

При подаче сигнала со звукового генератора на экране осциллографа наблюдаем ВАХ диода.

3.3. Полученную зависимость необходимо перерисовать с указанием масштаба по осям координат.

Примечание: Появление петлеобразных ВАХ обуславливается явле­ниями заряда и разряда межэлектродных емкостей, проверяемых полу­проводниковых приборов при прямом и обратном ходе развертки соот­ветственно. В этом случае необходимо добиться их улучшения с помо­щью изменения частоты сигнала звукового генератора в пределах 15¸500Гц.

3.4. На этом же графике построить прямую ветвь ВАХ для второго из исследуемых диодов.

3.5. Описанный выше осциллографический метод измерения ВАХ не корректен при снятии обратных ветвей ВАХ полупроводниковых диодов, поскольку порядок величины измеряемых токов при снятии обратных ветвей ВАХ составляет единицы микроампер и сопротивление диодов, включенных в обратном направлении, шунтируется входным сопротив­лением осциллографа.

Схема для измерений обратных ветвей ВАХ диодов представлена на рис.1-4.

Рис.1-4. Схема для измерений обратных ветвей ВАХ полупроводни­ковых диодов.

Изменяя напряжение источника питания, снять обратные ветви ВАХ германиевого и кремниевого диодов.

4. Содержание отчета.

4.1. Начертить использованные электрические схемы.

4.2. Привести графики снятых зависимостей в масштабе, удобном для расчета параметров.

4.3. С помощью вольтамперных характеристик построить графики диф­ференциальных сопротивлений r_диф, а также сопротивлений постоянному току R в зависимости от прямого и обратного напряжения для обоих дио­дов: r_диф=f(U_пр); r_диф=f(U_обр); R=f(U_обр).

4.4. Провести сравнительный анализ сопротивлений переменному и по­стоянному току от величины и полярности внешнего напряжения, ши­рины запрещенной зоны исходного полупроводникового материала.

4.5. Для одного из диодов графическим путем проверить справедливость формулы:

где U_пер - напряжение на переходе; I₀ - ток неосновных носителей; q - за­ряд электрона; k - постоянная Больцмана; Т - температура в К.

Для выполнения этого пункта экспериментальную характеристику I_пр=f(U_пр) надо перестроить в координатах Ln(I_пр)=f(U_пр). Если формула (I) справедлива, то экспериментальные точки должны лечь на прямую, тангенс угла наклона которой b_теор=38.8 1/B при Т=300К. Отрезок, отсекаемый на оси ординат, равен LnI₀. По отклонению b_эксп. от b_теор. определить отношение сопро­тивления базы к сопротивлению перехода при прямом смещении R_Б/R_пер=X.

Так как U_пр=U_обр+U_Б и U_Б=Х×U_пер, то

Отсюда , а .

4.6. Для наглядного сравнения ВАХ германиевого и кремниевого диодов изобразите их на одном графике. Перечислите особенности вольтампер­ных характеристик диодов на основе кремния и германия.

5. Контрольные вопросы.

5.1. Начертите данные схемы электронного и дырочного полупроводни­ков. Поясните распределение электронов по энергиям.

5.2. Как изменится распределение электронов по энергиям и, соответст­венно, концентрация электронов и дырок при изменении температуры? Как влияет на эти факторы ширина запрещенной зоны?

5.3. Постройте энергетические диаграммы электронно-дырочного пере­хода в отсутствии внешнего напряжения, а также при прямом и обратном напряжениях.

5.4. Как выглядит идеализированная ВАХ полупроводникового диода? Объясните ее ход и влияние температуры на ВАХ диода, если он изго­товлен из полупроводника с другой шириной запрещенной зоны. Ответы на эти вопросы дайте исходя из анализа энергетических диаграмм элек­тронно-дырочного перехода. Чем отличается идеализированная ВАХ от реальной ВАХ полупроводникового диода?

5.5. Каковы особенности включения измерительных приборов в цепях для снятия ВАХ полупроводниковых диодов? Что Вы знаете о конструк­ции выпрямительных полупроводниковых диодов и технологии их изго­товления?

Литература.

1. Дулин В.Н. Электронные приборы. Изд.3-е. - М.:Энергия, 1977.

2. Пасынков В.В., Чиркин Л.К., Шинков А.Д.

Полупроводниковые приборы,-Изд.3-е. - М.: Высшая школа, 1981.

3. Электронные приборы: Учебник для вузов/В.Н. Дулин, Н.А. Аваев, В.П. Демин и др.; Под ред. Г.Г. Шишкина.- 4-е изд. - М.: Энергоатомиз­дат, 1989.

Приложение.

Германиевый сплавной выпрямительный диод. (Д 7Ж)

Дата добавления: 2015-05-06