Сведения, необходимые для выполнения работы. Целью работы является:

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ И УСТРОЙСТВ НА ИХ ОСНОВЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Целью работы является:

• исследование вольтамперной характеристики (ВАХ) выпрямитель­ного полупроводникового диода;

• исследование ВАХ полупроводникового стабилитрона;

• исследование работы полупроводниковых выпрямителей.

Перед выполнением работы полезно ознакомиться со следующими вопросами:

• устройство, назначение и основные характеристики выпрямительных и специальных полупроводниковых диодов [1, с.20-42.],

• ВАХ полупроводниковых приборов. [1, с. 23-25, 33-36.],

• схемы включения полупроводниковых диодов [1, с. 22, 34-35.],

• принципы построения схем и особенности работы диодных выпря­мителей [1, с. 321-328.].

Полупроводниковый прибор, который имеет два электрода и один (или несколько) p-n-переходов, называется диодом.

Все полупроводниковые диоды можно разделить на две группы: вы­прямительные и специальные. Выпрямительные диоды, как следует из са­мого названия, предназначены для выпрямления переменного тока. В зави­симости от частоты и формы выпрямляемого тока они делятся на низко­частотные, высокочастотные и импульсные. Специальные типы полупро­водниковых диодов используют различные свойства p-n-переходов, на­пример, явление пробоя, фотоэффект, наличие участков с отрицательным сопротивлением и другие. Специальные полупроводниковые диоды нахо­дят, в частности, применение для стабилизации постоянного напряжения, регистрации оптического излучения, формирования электрических сигна­лов и т.д.

Выпрямительный диод

Выпрямительные полупроводниковые диоды изготавливаются, как правило, из кремния, германия или арсенида галлия. Классифицировать выпрямительные полупроводниковые диоды можно по конструкции и тех­нологии изготовления. В зависимости от конструкции выпрямительные полупроводниковые диоды делятся на плоскостные и точечные, а в зави­симости от технологии изготовления - на сплавные, диффузионные и эпи-таксиальные.

Плоскостные диоды имеют большую площадь p-n-перехода и ис­пользуются для выпрямления больших токов (до 30А). Точечные диоды имеют малую площадь p-n-перехода и, соответственно, предназначены для выпрямления малых токов (до 30мА).

Обычно выпрямительный полупроводниковый диод нормально ра­ботает при напряжениях, лежащих в диапазоне до 1000В. При необходи­мости увеличения выпрямляемого напряжения используются выпрями­тельные столбы, состоящие из ряда последовательно включенных полу­проводниковых диодов, в этом случае выпрямляемое напряжение удается повысить вплоть до 15000В.

Предназначенные для выпрямления больших токов выпрямительные полупроводниковые диоды большой мощности называют силовыми. Они позволяют выпрямлять токи силой вплоть до 30 А. Материалом для таких диодов обычно служит кремний или арсенид галлия, поскольку германий характеризуется сильной зависимостью обратного тока через р-п-переход от температуры.

Сплавные диоды обычно используются для выпрямления перемен­ного тока с частотой до 5кГц и изготавливаются из кремния. Кремниевые диффузионные диоды могут работать на повышенной частоте, до 100 кГц. Кремниевые эпитаксиальные диоды с металлической подложкой (с барье­ром Шоттки) могут использоваться на частотах до 500 кГц. Наилучшими частотными характеристиками обладают арсенидгаллиевые выпрямитель­ные диоды, способные работать в диапазоне частот до нескольких мега­герц.

Основные характеристики полупроводникового диода можно полу­чить, анализируя его ВАХ. При исследовании ВАХ следует принимать во внимание, что зависимость тока I через p-n-переход от падения напряже­ния U на переходе описывается уравнением Эберса-Молла:

(1.1)

где I_s - обратный ток насыщения диода, а - тепловой потенциал.

Поскольку для полупроводниковых материалов при Т=300К тепло­вой потенциал = 25 мВ, то уже при U = 0,1В можно пользоваться упро­щенной формулой:

(1.2)

Важным параметром, характеризующим свойства диода, является дифференциальное сопротивление p-n-перехода равное отношению при­ращения падения напряжения на диоде к приращению тока через диод:

(1.3)

Дифференциальное сопротивление можно вычислить, используя вы-ражения (1.2) и (1.3), а именно:

При протекании большого тока (в зависимости от типа диода этот ток составляет от единиц до десятков миллиампер) через p-n-переход в объеме полупроводника падает значительное напряжение, пренебрегать которым нельзя. В этом случае уравнение Эберса-Молла приобретает вид:

где R - сопротивление объема полупроводникового кристалла, которое называют последовательным сопротивлением.

На рис. 1.1.а приведено условное графическое обозначение полупро-водникового диода на электрических схемах, его структура - на рис. 1.1.6. Электрод диода, подключенный к области р, называют анодом, а электрод, подключенный к области п - катодом. Статическая вольтамперная характе-ристика диода показана на рис. 1.1.в.

Рис. 1.1. Условное обозначение (а), структура (б) и статическая вольтам-перная характеристика (в) полупроводникового диода:

Дата добавления: 2015-05-06