Исследование статических характеристик полупроводниковых диодов

1 Цель работы

Изучить устройство полупроводникового диода, физические процессы, происходящие в нем, характеристики, параметры, а также типы и применение полупроводниковых диодов.

2 Подготовка к работе

2.1 Изучить следующие вопросы курса:

• Электрические свойства полупроводников. Собственные и примесные полупроводники.
• Электронно-дырочный переход, его характеристики и параметры. Прямое и обратное включение p-n перехода.
• Вольтамперные характеристики и параметры полупроводниковых диодов, выполненных из различных материалов.
• Влияние температуры на характеристики и параметры диодов.
• Типы полупроводниковых диодов, особенности их устройства, работы и характеристики. Применение.

2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы:

• Что такое собственная и примесная проводимость полупроводника?
• Объяснить образование электронно-дырочного перехода.
• Что такое контактная разность потенциалов? Как она образуется?
• Чем определяется толщина p-n перехода?
• Нарисовать потенциальные диаграммы p-n перехода при отсутствии внешнего напряжения, и при включении его в прямом и обратном направлениях?
• Рассказать о прохождении токов через p-n переход: при отсутствии внешнего напряжения, при прямом включении и при обратном включении.
• Сравнить теоретическую и реальную вольтамперную характеристики p-n перехода, указать участки, которые соответствуют состоянию электрического и теплового пробоя.
• Сравнить вольтамперные характеристики p-n переходов, изготовленных из G e, Si.
• Что такое барьерная и диффузионная емкости p-n перехода? Дать определение.
• Нарисовать и объяснить вольтамперные характеристики p-n перехода для различных значений температуры.
• Перечислить основные параметры полупроводниковых диодов (номинальные и предельные).
• Дать определение дифференциальных параметров и пояснить их физический смысл.
• Объяснить принцип действия, особенности устройства и применения полупроводниковых диодов различных типов: выпрямительных, высокочастотных, импульсных, стабилитронов, варикапов. Указать их основные параметры.
• Нарисовать условные обозначения выпрямительных диодов, стабилитронов, варикапов и схемы, в которых используются эти приборы.
• Какими способами можно увеличить допустимую мощность, рассеиваемую диодом?

3 Схемы исследования

На рисунке 1.1 приведена схема для снятия вольтамперных характеристик диодов в прямом направлении. При измерении обратного тока (рисунок 1.2) изменяется полярность подводимого напряжения. Для исследования характеристики стабилитрона используется схема, приведенная на рисунке 1.3. На рисунке 1.4 приведена схема для исследования однополупериодного выпрямителя. Используется германиевый диод.

4 Порядок проведения лабораторной работы

4.1 Для снятия вольтамперных характеристик диодов при прямом включении вывести на экран дисплея схему (рисунок 1.1). Для этого выбрать «Лабораторная работа №1». Затем «Прямое включение» и «Начать эксперимент».

4.2 Последовательно снять вольтамперные характеристики германиевого и кремниевого диодов Iпр=f(Uпр) Для этого подвести курсор к тумблеру с обозначением диода и выбрать один из диодов, например, Д7Ж.

4.3 Подвести курсор на ручку «Напряжение» и вращая ручку по часовой стрелке снять ВАХ. Характеристика вырисовывается на экране графопостроителя. Заполнить таблицу 1.1а.
Примечание. При быстром изменении напряжения на диоде характеристика может получиться не монотонной. Для повторного исследования осуществить очистку экрана осциллографа и произвести повторное исследование.

Таблица 1.1а - Диод Д7Ж

4.4 Провести исследование второго диода. Для этого переключить тумблер на другой тип диода. Осуществить сброс приборов в нулевое положение и снять ВАХ. Заполнить таблицу 1.1б.

Таблица 1.1б - Диод Д220

Прекратить эксперимент.

4.5 Определить, какой из диодов выполнен из германия, какой из кремния.

4.6 Исследовать вольтамперную характеристику диода при обратном включении (рисунок 1.2.).
Заполнить таблицу 1.2.

Таблица 1.2 - Диод Д7Ж

4.7 Провести исследование стабилитрона Д814А.(рисунок 1.3)
Заполнить таблицу 1.3.

Таблица 1.3 - Стабилитрон Д 814А

4.8 Исследовать однополупериодный выпрямитель (рисунок 1.4). Зарисовать осциллограммы напряжения генератора на входе и напряжения на нагрузке при двух различных значениях переменного напряжения 2 и 8 вольт.

5 Указания к составлению отчета

1. Привести схемы исследования полупроводниковых диодов.
2. Привести таблицы с результатами измерений.
3. Привести вольтамперные характеристики (график 1) германиевого и кремниевого диодов для прямого включения.
4. По характеристикам определить сопротивления постоянному току и дифференциальные сопротивления при прямом токе 4 мА для каждого из диодов. Результаты занести в таблицу 1.3.

Таблица 1.3

5. На графике №2 привести вольтамперную характеристику диода Д7Ж при обратном включении. По графику определить сопротивления постоянному току и дифференциальные сопротивления диода при напряжении 3 В.
6. На графике №3 привести ВАХ стабилитрона Iст=f(Uст).
7. Привести осциллограммы, полученные при исследовании выпрямителя (сигнал на входе и на выходе). Осциллограммы располагать одна под другой без сдвига по времени.
8. Сделать выводы по проделанной работе.

Литература

• Игнатов А.Н., Калинин С.В., Савиных В.Л. Основы электроники, - СибГУТИ, Новосибирск, 2005, стр. 119-121.
• Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. /Под редакцией Федорова Н.Д. -М: Радио и связь, 1998. Стр. 11-66.
• Электронные приборы. /Под редакцией Шишкина Г.Г. -М.: Энергоатомиздат, 1989. Стр. 12-43, 54-88, 97-129.
• Батушев В.А. Электронные приборы. -М.: Высшая школа, 1980. Стр. 29-85.
• Савиных В.Л. Физические основы электроники. – СибГУТИ, Новосибирск, 2002. Электронная версия.
• Справочники по полупроводниковым диодам.