Диод. Исследование работы полупроводникового
 Скачать 301.21 Kb.
|
|
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА На работу отводится 1 час. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: 1. Доказать зависимость сопротивления диода от приложенного к нему напряжения. 2. Убедиться в нелинейности ВАХ диода и определить его дифференциальные сопротивления при различных напряжениях U ак . ТЕОРИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА Полупроводниковый прибор, обладающий односторонней проводимостью и имеющий два электрода анод – катод, называется полупроводниковым диодом. При прямом включении р-n-перехода то, есть к участку р подключен (+), а к n – минус, возникает прямой ток . Прямое поле действует навстречу полю контактной разности потенциалов, созданных областями р и n-типа. Результирующее поле ослабевает, и разность потенциалов между областями снижается, то есть снижается высота потенциального барьера, возрастает диффузионный ток и большее число носителей зарядов способно преодолеть потенциальный барьер. При отсутствии внешнего напряжения ток дрейфа почти не меняется, так как этот ток в основном зависит от числа неосновных носителей зарядов, попавших за счет тепловых скоростей в р-n-переход из n-р-областей. Если потенциальный барьер значительно понижен то диф дрейфа i i . Можно считать пр диф i i и прямой ток в переходе носит чисто диффузионный характер. При обратном включении Е к и Е обр совпадают, что приводит к росту потенциального барьера. При таком барьере диффузионное перемещение зарядов прекращается (i диф. = 0), собственной скорости носителей не достаточно для преодоления потенциального барьера. Отсюда следует, что обратный ток i обр. ничтожно мал и представляет собой ток проводимости, вызванный перемещением неосновных носителей зарядов. Сопротивление диодов в обратном направлении значительно возрастает. ВОЛЬТАМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИОДА Если сопротивление потребителя не меняется и не зависит от напряжения и тока, то выражение для этого сопротивления находится из закона Ома (рис. 1.1) для участка цепи = или U R const I G U I , где G – проводимость. Проводимость и сопротивление связаны соотношением I G R Иначе в I пр I обр U обр U пр Рис.1.1. ВАХ линейного элемента 0 дифференциальной форме можно записать i u R ctg i Графическая интерпретация этого закона, т.е. его ВАХ представлена на рис.1.2. Чем больше сопротивление резистора, тем меньше угол наклона прямой к оси напряжений. Вольтамперная характеристика диода нелинейна, так как сопротивление диода зависит от приложенного к нему напряжения, т. е. ( ). д ак R f U Характеристикой нелинейности диода является его дифференциальное сопротивление - R i , которое можно найти из входной характеристики (рис.1.2). Достаточно провести касательную к исследуемой точке и через ctg найти сопротивление диода. Сопротивление диода зависит от приложенного к его электродам напряжения, поэтому угол наклона касательной к кривой U пр при различных напряжениях различен. Можно найти дифференциальное сопротивление диода иначе. Необходимо выбрать очень малый участок вблизи исследуемой точки и найти отношение приращения прямого напряжения к соответствующему приращению анодного тока. Для снятия вольтамперной характеристики диода необходимо включить виртуальную модель для исследования полупроводникового диода (рис. 1.3). Выберите схему для исследования работы диода – прямое включение Проанализир уйте полученную схему. Определитесь с ценой деления миллиамперметра и милливольтметра. Плавно изменяя напряжение между анодом и катодом диода от 0 до 880 U пр, мВ U обр, В I обр мкА а 1 а 2 а 3 А В С I пр, мА 0 0 Uпр, мВ I пр, мА а) в) Рис. 1.2. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода – а). Касательные к ВАХ для определения дифференциального сопротивления – в) Рис. 1.3. Виртуальная модель для исследования полупроводникового диода Рабочая точка Потенциометр изменения входного напряжения мВ, произведите запись показаний миллиамперметра и милливольтметра в табл. 2.1. Не доводите ток диода до теплового пробоя, обозначенного красной пунктирной линией, т.е. до I пр. макс . Пробой диода вызовет мигание всего табло красным цветом с соответствующей информацией. Показания аналоговых приборов (стрелочных) дублируются цифровыми приборами, расположенными в нижней части стрелочных приборов. Таблица 1.1 Результаты исследования полупроводникового диода U АК, мВ 0 880 I диода, мА 0 По полученным данным постройте кривую зависимости ( ) диода АК I f U На кривой следует отметить 4 произвольные точки, соответствующие произвольным значениям прямого напряжения и определите методом касательных значения сопротивлений диода при этих напряжениях. Заполните табл. 1.2. Таблица 1.2 Значения сопротивлений диода при произвольных напряжениях U АК , мВ R диода, Ом КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Объясните принцип действия полупроводникового диода. 2. Объясните причину зависимости сопротивления диода от приложенного напряжения. 3. Объясните механизм теплового пробоя и пробоя по напряжению. 4. Объясните методику определения дифференциального сопротивления диода. 5. Почему закон Ома в обычной форме нельзя применять для ВАХ диода? Докажите это на конкретном примере. Постройте график зависимости сопротивления диода от приложенного к нему напряжения ( ) диода ак R f U . Сделайте вывод о влиянии прямого напряжения на сопротивление диода. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 1. тема работы. 2. цель работы. 3. таблицы экспериментальных данных; 4. ВАХ диода . 5. теоретический расчет дифференциальных сопротивлений. 6. выводы по работе. |