Получение вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов

 

Цель работы: Изучение зависимости тока I от напряжения U для германиевых и кремниевых диодов.

Приборы и принадлежности: растровая панель с разъемами DIA4; кремниевый диод 1N4007; германиевый диод AA 118; резистор 100Ом, 2Вт; резистор 47кОм, 0,5Вт; источник питания 0 … 12В / 3A;  2 мультиметра; пара кабелей 50см (2 шт); соединительный провод 100см.

Краткая теория

Практически вся современная электроника основана на полупроводниковых элементах. Полупроводниковые диоды – одни из самых простых таких устройств. Они состоят из полупроводникового кристалла, в котором расположены рядом области с проводимостью n -типа и p -типа (p – n переход).

 

Рис. 1

 

В зоне контакта областей с разными типами проводимости происходит захват носителей заряда, и возникает так называемый обедненный слой. Размер этой зоны увеличивается, когда электроны или дырки покидают обедненный слой под действием электрического поля с определенной ориентацией. Направление такого поля называется «обратным». Если изменить направление электрического поля на противоположное, называемое «прямым», то начинается движение носителей заряда в область контактного слоя, и через p − n переход возникает электрический ток.

В этой работе исследуются вольтамперные характеристики кремниевого и германиевого диодов. Целью работы является сравнение тока при обратном включении и порогового напряжения, как наиболее важных характеристик для этих двух разновидностей диодов.

Порядок выполнения работы

Получение вольтамперных характеристик при прямом включении

 

Рис. 2 Экспериментальная установка для изучения ВАХ полупроводниковых диодов при прямом включении.

 

    1. Соберите схему для изучения характеристик диодов (cм. рисунок 2).

2. Подключите в растровую панель кремниевый диод 1N4007 так, чтобы направление стрелки на его условном обозначении совпадало с направлением от «+» к «−» источника питания. Будьте внимательны при выборе предела измерений и полярности включения мультиметров.

3. Измерьте вольтамперную характеристику при прямом включении: изменяя напряжение источника питания (с шагом по напряжению 0,1В в диапазоне от 0 до 0,5В; далее с шагом 5мА по току до 30мА) для каждого значения напряжения U запишите соответствующую ему силу тока I. Сила тока при этом не должна превышать 30мА.

4. Результаты измерений занесите в таблицу.

5. Повторите все измерения для германиевого диода AA 118.

 

Получение вольтамперных характеристики при обратном включении

Рис. 3 Экспериментальная установка для изучения ВАХ полупроводниковых диодов при обратном включении

.

1. Соберите схему для изучения обратных характеристик диодов (cм. рисунок 3).

2. Подключите в растровую панель кремниевый диод 1N4007 так, чтобы направление стрелки на его условном обозначении совпадало с направлением от «−» к «+» источника питания. Будьте внимательны при выборе предела измерений (10 В для напряжения U и100мВ для напряжения U_R)и полярности включения мультиметров.

3. Измерьте вольтамперную характеристику при обратном включении: изменяя напряжение источника питания (с шагом по напряжению 0,5В в диапазоне от 0 до 10В) для каждого значения напряжения U на диоде запишите соответствующее ему напряжение на резисторе .

4.  Для каждого значения  рассчитайте силу тока через диод   = 47кОм.Результаты измерений ,   и   занесите в таблицу.

5. Повторите все измерения для германиевого диода AA 118.

 

Обработка результатов

Постройте графики вольтамперных характеристик  диодов при прямом и обратном включении (для германиевого и кремниевого диодов – на общих координатных осях). Из графиков получите значение порога срабатывания (напряжения, при превышении которого начинается резкий рост силы тока) для диодов разного типа. Объясните полученные результаты.

 

Контрольные вопросы

1. Энергетические зоны полупроводника. Собственная и примесная проводимость. Доноры и акцепторы.

2. Температурная зависимость проводимости полупроводника,  переход и его свойства.

3. Контактная разность потенциалов.

4. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода.

5. Пробой -перехода.

6.Полупроводниковые выпрямители. Одно и двухполупериодные выпрямители

 

 

Лабораторная работа №19