Файл: Лабораторная работа 5. Исследование свойства электрического тока в полупроводниках проводимость полупроводников.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.03.2024
Просмотров: 9
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Лабораторная работа №5.
Исследование свойства электрического тока в полупроводниках; проводимость полупроводников.
Учебная цель: исследовать зависимость прямого тока от величины прямого напряжения, приложенного к диоду. Выяснить зависимость обратного тока от величины обратного напряжения
Учебные задачи: устройство и принцип действия полупроводникового диода, строить по числовым данным вольт-амперную кривую – характеристику диода.
Правила безопасности: правила проведения в кабинете во время выполнения практического занятия
Норма времени: 2 часа
Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения:
Студент должен
уметь: пользоваться измерительными приборами, собирать по схеме установку для снятия вольт-амперной характеристики диода
знать: устройство и принцип действия полупроводникового диода, параметры, характеризующие полупроводниковый диод, промышленное применение
Оборудование:
- методические указания по выполнению практического занятия
- тетрадь для лабораторно-практических работ, карандаш, линейка, ластик.
Полупроводниковый диод смонтированный на панели, источник питания, миллиамперметр, вольтметр, резистор R2, реостат, провода с наконечниками
Теоретическое обоснование основная деталь плоского полупроводникового диода Д7Ж монокристаллическая пластинка германия. Выводы диода подведены на панели к двум зажимам «+», «-»
Из набора
а - пластинка германия
б – капля индия
в – олово
г -основание металлического корпуса
д – контактный вывод
е – второй контактный вывод
(проходит в металлической трубочке)
ж – стеклянный изолятор
Рисунок 1
Принцип действия диода
В германии с электронной проводимостью, кроме электронов имеются неосновные носители электрического тока – дырки. В германии с дырочной проводимостью, кроме основных носителей – дырок, имеются неосновные – электроны. При отсутствии внешнего электрического поля через границу двух полупроводников диода взаимно диффундируют основные и неосновные носители тока; электроны и дырки из n –германия диффундируют в p- германий, а дырки и электроны переходят из p- германия в n –германий. В результате на границе двух полупроводников возникает двойной слой электрических зарядов и электрическое поле Е, которое препятствует дальнейшей диффузии основных носителей тока.
Двойной электронно –дырочный переход
Рисунок 2
Одновременно образуется запирающий слой – главная часть сопротивления диода, обеднённая носителями тока. По обе стороны от границы полупроводников происходит рекомбинация электронов и дырок
Внешнее электрическое поле отсутствует
Рисунок 3
Рисунок 4
При действии на диод внешнего электрического поля, направленного от дырочного полупроводника к электронному, основные носители тока в каждом полупроводнике движутся к границе раздела полупроводников, рисунок 3. Толщина слоя уменьшается, а сопротивление резко снижается.
Ток называется прямым током диода. Это ток образованный основными носителями электронами направлен от дырочного полупроводника к электронному. С изменением полярности, изменяется положение основных носителей, рисунок 4.Толщина запирающего слоя увеличивается, а сопротивление резко возрастает. Небольшой ток течёт через диод; он создаёт движение неосновных носителей. Этот ток направлен от электронного полупроводника к дырочному и называется обратным током диода. В зависимости от направления тока в диоде. Напряжение и сопротивление в диоде называют прямым и обратным.
Параметры полупроводникового диода Д7Ж для температуры окружающей среды 20℃
Вопросы для закрепления теоретического материала для письменного ответа:
-
Какие вещества называют полупроводниками? Какие элементы таблицы Менделеева являются наиболее типичными представителями полупроводников. -
Что такое «дырки»? -
Какие носители тока обеспечивают собственную проводимость полупроводника? -
Что такое электронно-дырочный переход? -
Что такое запирающий слой? -
Что такое полупроводниковый диод? -
Что такое вольт-амперная характеристика, какие параметры необходимо снимать для её построения? -
Что такое прямой ток диода, прямое напряжение на диоде? -
Что такое обратный ток диода, обратное напряжение диода? -
Примеры применения полупроводниковых приборов -
При каком условии полупроводники становятся хорошими диэлектриками? -
Какие явления происходят в полупроводнике при повышении температуры? -
Какие частицы являются основными носителями заряда в полупроводниках с донорными примесями? Какова причина их возникновения? -
Какие частицы являются основными носителями заряда в полупроводнике с акцепторными примесями. Какова причина их возникновения. -
Почему электронно-дырочный переход нельзя получить механическим соединением полупроводников р и n типов
Содержание и Последовательность выполнения работы:
-
Произвести измерения для выяснения зависимости прямого тока от величины прямого напряжения, приложенного к диоду. -
Произвести измерения для выяснения зависимости обратного тока от величины обратного напряжения. -
По числовым данным первой и второй таблиц построить кривую, представляющую собой вольт-амперную характеристику диода. -
По оси ординат отложить ток в мА. По оси абсцисс – напряжение в вольтах. -
Прямой ток и прямое напряжение считают положительными, обратный ток и обратное напряжение – отрицательными.
Задачи практической работы:
Задание 1
Составить электрическую цепь по схеме, рисунок 5. Прямое напряжение создаётся реостатом Rп, (как потенциометр). Прямой ток диода измеряем миллиамперметром. Вольтметр включаем в цепь со шкалой 3 вольта.
Замкнув цепь, снимаем показания
меняя реостатом напряжение, записываем в таблицу 1.
Схема для снятия ВАХ диода прямого тока Рисунок 5 | Схема для снятия ВАХ диода обратного тока Рисунок 6 |
Таблица № 2
Таблица №1
№ п /п | Прямой ток диода, ма | Прямое напряжение на диоде в |
1 | 1 | 0,1 |
2 | 1,5 | 0,13 |
3 | 2 | 0,15 |
4 | 3 | 0,18 |
5 | 5 | 0,20 |
6 | 7 | 0,22 |
7 | 10 | 0,23 |
8 | 15 | 0,25 |
9 | 20 | 0,26 |
10 | 30 | 0,28 |
№ п /п | Обратный ток диода, ма | Обратное напряжение на диоде в |
1 | 0,01 | 1 |
2 | 0,013 | 2 |
3 | 0,015 | 3 |
4 | 0,02 | 4 |
5 | 0,021 | 5 |
6 | 0,03 | 6 |
7 | 0,031 | 7 |
Примечание: В таблицах и на графике показан пример выполнения работы
Задание 2 Для изучения зависимости обратного тока от величины обратного напряжения, приборы включаем в цепь по схеме, рисунок 6. Напряжение на диод подаём потенциометром R . Напряжение измеряем вольтметром по шкале 15 в. Величину тока миллиамперметром со шкалой 1,5ма. Результат измерений записать в таблицу №2. По числовым данным первой и второй таблиц построить вольт – амперную характеристику диода, рисунок 7.
Вольт – амперная характеристика полупроводникового диода Д7Ж
Рисунок 7
Вывод
Полученная кривая имеет нелинейный характер: она показывает резкое возрастание прямого тока, начиная с напряжения 0,2 в. Поэтому номинальное значение прямого тока для изучаемого диода достигается уже при напряжении около 0,3 в.
Величина обратного тока составляет лишь сотые доли миллиампера и мало зависит от величины обратного напряжения. Это указывает на то, что диод в обратном (не пропускаемом) направлении имеет очень большое сопротивление, которое увеличивается с возрастанием обратного напряжения. Благодаря односторонней проводимости диод широко применяется для выпрямления переменного тока
По окончанию работы студент должен представить:
- Выполненную в лабораторно – практической тетради работу в соответствии с вышеуказанными требованиями.