Файл: Лабораторная работа 1 исследование полупроводниковых диодов.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.03.2024
Просмотров: 29
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ
Цель работы: Исследование параметров полупроводникового диода и построение его вольтамперной характеристики
Приборы и элементы
| Название | Графическое изображение |
| Функциональный генератор |  |
| Мультиметр |  |
| Осциллограф |  |
| Источник постоянного напряжения |  |
| Диод 1N4001 |  |
| Резисторы |  |
| Амперметр |  |
| Вольтметр |  |
1.1 Теоретические сведения
Измерив напряжение на диоде при подсоединении к нему через резистор источников напряжения различной величиной ЭДС, можно определить ток диода по выражению:
Iпр= (E - Uпр)/R,
где Iпр - ток диода в прямом направлении,
Е - напряжение источника питания,
Uпр - напряжение на диоде в прямом направлении.
Изменив полярность включения диода в той же схеме (рисунок 1), можно снять ВАХ диода по той же методике и в обратном направлении
Iоб= (E – Uоб)/R,
где Iоб - ток диода в обратном направлении,
Uоб - напряжение на диоде в обратном направлении
Рисунок 1
Собрав схему, изображенную на рисунке 1, можно сразу видеть ток и напряжение на табло этих приборов. Вольтамперная характеристика (ВАХ) может быть получена путем измерения напряжений на диоде при протекании различных токов за счет изменения напряжения источника питания Е.
Наиболее быстро и удобно можно исследовать ВАХ, непосредственно наблюдая ее на экране осциллографа (рисунок 2). При таком подключении координата точки по горизонтальной оси осциллографа будет пропорциональна напряжению, а по вертикальной - току через диод. Поскольку напряжение в вольтах на резисторе R2=1 Ом численно равно току через диод в амперах (I=U/R=U/1=U), по вертикальной оси можно непосредственно считывать значения тока. Если на осциллографе выбран режим В/А, то величина, пропорциональная току через диод (канал В), будет откладываться по вертикальной оси, напряжение (канал А) - по горизонтальной. Это и позволит получить вольтамперную характеристику непосредственно на экране осциллографа.
Рисунок 2
При получении ВАХ диода с помощью осциллографа на канал А вместо точного напряжения на диоде подается сумма напряжения диода и напряжения на резисторе 1 Ом. Ошибка из-за этого будет мала, так как падение напряжения на резисторе будет значительно меньше, чем напряжение на диоде.
Из-за нелинейности диода его нельзя характеризовать величиной сопротивления, как линейный резистор. Отношение напряжения на диоде к току через него U/I, называемое статическим сопротивлением, зависит от величины тока. В ряде применений на существенную постоянную составляющую тока диода накладывается небольшая переменная составляющая. В этом случае интерес представляет дифференциальное (или динамическое) сопротивление dU/
dI. Величина динамического сопротивления зависит от постоянной составляющей тока диода, определяющей рабочую точку на характеристике.
1.2 Порядок проведения экспериментов
Результаты всех измерений, расчетов и осциллограммы занести в соответствующий раздел.
Эксперимент 1 - Измерение напряжения и тока через диод
Соберите схему в соответствии с рисунком 1. При включении питания, вольтметр покажет напряжение на диоде Uпр при прямом смещении. Амперметр покажет значение тока на диоде Iпр при прямом смещении. Переверните диод и снова запустите схему. Теперь вольтметр покажет напряжение на диоде Uоб при обратном смещении, а амперметр – Iоб. Вычислите ток диода при прямом и обратном смещении согласно формулам.
Эксперимент 2 - Измерение статического сопротивления диода
Измерьте сопротивление диода при прямом и обратном подключении, используя мультиметр в режиме омметра. Малые значения сопротивления соответствуют прямому подключению, они различны для разных шкал омметра.
Эксперимент 3 - Снятие вольтамперной характеристики диода
1)Прямая ветвь ВАХ. Соберите схему в соответствии с рисунком 1. Включите схему. Последовательно устанавливая значения ЭДС источника равными 5В, 4В, 3В, 2В, 1В, 0.5В, ОВ запишите значения напряжения Uпр и тока Iпр диода.
2)Обратная ветвь ВАХ. Переверните диод. Последовательно устанавливая значения Е источника равными 0В, 5В, 10В, 15В запишите значения тока Iоб и напряжения Uоб.
3) По полученным данным постройте графики Iпр (Uпр) и Iоб (Uоб).
4) Постройте касательную к графику прямой ветви ВАХ при Iпр= 4 мАи оцените дифференциальное сопротивление диода по наклону касательной. Проделайте ту же процедуру для Iпр= 0.4 мА и Iпр= 0.2 мА.
5) Вычислите сопротивление диода на постоянном токе Iпр= 4 мА по формуле RСТ= Uпр / Iпр.
Эксперимент 4 - Получение ВАХ на экране осциллографа
Соберите схему в соответствии с рисунком 2. Включите схему. На ВАХ, появившейся на экране осциллографа, по горизонтальной оси считывается напряжение на диоде в милливольтах (канал А), а по вертикальной - ток в миллиамперах (канал В, 1 мВ соответствует 1 мА).
1.3 Результаты экспериментов
Эксперимент 1 - Измерение напряжения и тока через диод
Измерьте и запишите напряжения и токи на диоде:
| Напряжение при прямом смещении, Напряжение при обратном смещении, Ток при прямом смещении, Ток при обратном смещении, Рассчитанные токи: Ток при прямом смещении, Ток при обратном смещении, | Uпр = __692,9____ Uоб = _4,995_____ Iпр = ____4,307__ Iоб = __4,995____ Iпр = 0.003642А_____ Iоб = 0.000005А______ |
Эксперимент 2 - Измерение статического сопротивления диода
Сопротивление диода при прямом смещении Rпр= 136,8______
Сопротивление диода при обратном смещении Rоб= 500______
Эксперимент 3 - Снятие вольтамперной характеристики диода
Вычислите и запишите токи и напряжения.
1) Прямая ветвь ВАХ. 2) Обратная ветвь ВАХ.
Таблица 1
| E, B | Uпр, мВ | Iпр, мА |
| 5 | 692.9 | 4.307 |
| 4 | 686.1 | 3.314 |
| 3 | 676.9 | 2.323 |
| 2 | 662.6 | 1.337 |
| 1 | 629.4 | 0.370 |
| 0.5 | 497.3 | 0.273 |
| 0 | -0.000 | 0.000 |
| E, B | Uоб, мВ | Iоб, мА |
| 0 | 0.000 | -0.000 |
| 5 | 4.995 | 4.995 |
| 10 | 9.99 | 9.99 |
| 15 | 14.98 | 14.98 |
3) Построение графика ВАХ.
4)Дифференциальное сопротивление диода при прямом смещении, вычисленное по ВАХ.
при Iпр = 4мА Rдиф = ______
при Iпр = 0.4мА Rдиф = ______
при Iпр = 0.2мА Rдиф = ______
5) Вычислите RСТприIпр = 4мАRСТ = ______
Эксперимент 4 - Получение ВАХ на экране осциллографа
Контрольные вопросы.
-
Начертите зонные диаграммы для чистого полупроводника и для полупроводников, легированными донорными и акцепторными примесями. -
Что такое термогенерации электронно-дырочных пар? -
Чем и с какой целью легируются полупроводники? -
Как формируются разрешенные и запрещенные уровни в полупроводнике? -
Что такое уровень Ферми в полупроводниковых структурах? -
Как возникают дрейфовый и диффузионный токи в полупроводнике? -
Что такое условие электрической нейтральности? -
Что такое эффект поля? -
Как возникает р-п переход при идеальном контакте полупроводников с разным типом электропроводности? -
Существует ли движение носителей через р-п переход при отсутствии внешнего напряжения? -
Сравните напряжения на диоде при прямом и обратном смещении по порядку величин. Почему они различны? -
Что такое ток насыщения диода? -
Намного ли отличаются прямое и обратное сопротивления диода при измерении их мультиметром в режиме омметра? Можно ли по этим измерениям судить об исправности диода? -
Существует ли различие между величинами сопротивления диода на переменном и постоянном токе?
Ответы:
Начертите зонные диаграммы для чистого полупроводника и для полупроводников, легированными донорными и акцепторными примесями.
2. Что такое термогенерации электронно-дырочных пар?
Термогенерация - процесс возникновения свободных пар носителей заряда
под действием теплоты
3. Чем и с какой целью легируются полупроводники?
В чистых полупроводниках концентрация носителей заряда – свободных электронов и дырок – в основном зависит от температуры и ширины запрещённой зоны ЕЗ. При легировании число носителей заряда увеличивается, изменяются свойства полупроводника.
4. Как формируются разрешенные и запрещенные уровни в полупроводнике?
Запрещённая зона – зона, расположенная между Wc и Wv. Энергией выше уровня Wc обладают только свободные электроны, а энергией ниже уровня Wv – только связанные.