МУ к лабораторной работе Исследование ПП диодов. Исследование статических характеристики параметров полупроводниковых диодов
 Скачать 332.46 Kb.
|
1 ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ 1 Цель работы Изучить устройство полупроводниковых диодов, физические процессы, происходящие в них, характеристики, параметры, а также типы и их применение. 2 Подготовка к работе 2.1. Изучить следующие вопросы курса 2.1.1. Электронно-дырочный переход, его характеристики и параметры. Прямое и обратное включение p-n перехода. 2.1.2. Переход металл-полупроводник, его особенности. 2.1.3. Вольтамперные характеристики и параметры полупроводниковых диодов. 2.1.4. Влияние температуры на характеристики и параметры диодов. 2.1.5. Типы полупроводниковых диодов, их особенности и характеристики. Применение. 2.2. Ответить наследующие контрольные вопросы 2.2.1 Объяснить образование электронно-дырочного перехода. 2.2.2. Что такое контактная разность потенциалов Как она образуется Её зависимости от концентрации примесей и температуры. 2.2.3. Чем определяется толщина p-n перехода 2.2.4. Нарисовать потенциальную диаграмму p-n перехода в состоянии равновесия и при включении его в прямом и обратном направлениях 2.2.5. Объяснить контактные явления в структуре металл-полупроводник. 2.2.6. Привести классификацию и пояснить систему обозначений полупроводниковых диодов. 2.2.7. Рассказать об особенностях устройства выпрямительных и высокочастотных диодов. 2.2.8. Сравнить теоретическую и реальную вольтамперные характеристики диода при прямом и обратном включениях. Пояснить. 2.2.9. Привести и объяснить вольтамперные характеристики диода указать участки, которые соответствуют состоянию электрического и теплового пробоя. 2.2.10. Сравнить вольтамперные характеристики диодов, изготовленных из Ge, Si и Ga As, атак же диодов Шоттки. 2.2.11. Привести и объяснить характеристику стабилитрона. Показать на ней рабочий участок и указать параметры. 2.2.12. Привести и объяснить вольтамперные характеристики диода для различных значений температуры. 2.2.13. Перечислить основные параметры полупроводниковых диодов номинальные и предельные. 2 2.2.14. Дать определение дифференциальных параметров и пояснить их физический смысл. 2.2.15. Что такое барьерная и диффузионная емкости диода Дать определение. 2.2.16 Объяснить принцип действия и особенности применения полупроводниковых диодов различных типов выпрямительных, высокочастотных, импульсных, стабилитронов, варикапов. 2.2.17 Привести условные обозначения выпрямительных диодов, стабилитронов, варикапов и схемы их включения. 2.2.18 Какими способами можно увеличить допустимую мощность, рассеиваемую диодом 3 Литература 1 Игнатов АН. и др. Классическая электроника и наноэлектроника - М Флинта: Наука, 2009, стр Игнатов АН. и др. Основы электроники Учебное пособие /СибГУТИ.- Новосибирск, 2005. Стр. 3 Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н.Д. -М Радио и связь, 1998. Стр. 11-66. 4 Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. -М Энергоатомиздат, 1989. Стр. 12-43, 54-88, 97-129. 5 Батушев В.А. Электронные приборы. -М Высшая школа, 1980. Стр. 29-85. 6 Справочники по полупроводниковым диодам. 7 Конспект лекций. 4 Схемы исследования На рисунках 1 и 2 приведены схемы для снятия вольтамперных характеристик диода. Необходимость использования двух схем для снятия прямой и обратной ветвей вольтамперной характеристики вызвана тем, что напряжение на диоде при прямом включении значительно меньше, чем при обратном. Поэтому используются разные источники напряжения G 1 и G 2 для снятия прямой и обратной ветвей вольтамперной характеристики. Для ограничения резкого изменения тока последовательно с источниками включен резистор R2. Рис. 1. Схема для исследования вольт-амперных характеристик диодов при прямом включении 3 Рис. 2. Схема для исследования вольт-амперных характеристик диодов при обратном включении Отличие схем состоит также в том, что впервой схеме вольтметр подключен параллельно диоду, а во второй - источнику. Подключать вольтметр непосредственно к диоду во второй схеме не следует, так как ток, протекающий через вольтметр, соизмерим с обратным током диода и микроамперметр будет показывать сумму токов диода и вольтметра, давая большую погрешность. На рисунке 3 приведена схема исследования зависимости ёмкости варикапа от управляющего напряжения. Источником переменного тока является генератор G , в качестве которого используется генератор Г или подобный. Управляющее напряжение на варикап подается от источника G2, которое измеряется вольтметром PV1. Для измерения переменного напряжения на генераторе G или на варикапе используется вольтметр PV. Рис. 3. Схема для исследования вольт-фарадной характеристики варикапа На рисунке 4 приведена схема исследования диода на переменном токе в качестве выпрямителя. Источником переменного тока является генератор Форму подводимого напряжения и напряжения на нагрузке наблюдают с помощью осциллографа. Рис. 4. Схема для исследования однополупериодного выпрямителя 4 Задание к работе в лаборатории Записать номер вставки, на которой проводятся исследования. 5.1 Собрать схему для снятия вольтамперных характеристик диодов при прямом включении (рисунок 1). Пределы приборов р- в зависимости от типа диодов установить 0,5 2 B, а pA1 – 20 мА. 5.2. Последовательно снять вольтамперные характеристики диодов VD1 (Ge), VD3 (GaAs), VD4 (диод Шоттки) и стабилитрона VD5. Результаты занести в таблицы 1а-г. Таблица а. Диод VD1 ПР, В ПР, мА Таблица б. Диод VD2 ПР, В ПР, мА Таблица в. Диод VD3 ПР, В ПР, мА Таблица г. Диод VD4 ПР, В ПР, мА Таблица д. Стабилитрон VD5 ПР, В ПР, мА 5.4. Собрать схему для снятия вольтамперных характеристик диодов при обратном включении (рисунок 2). Предел миллиамперметра pA1 установить 0,1 мА, а вольтметра pV1 – 20 В. 5.5. Снять вольтамперные характеристики диодов VD1 и VD2, результаты измерений занести в таблицы аи б. Таблица а. Диод VD1 U ОБР , В I ОБР , мкА Таблица б. Диод VD2 U ОБР , В I ОБР , мкА 5 5.6. Снять вольтамперную характеристику кремниевого стабилитрона VD 5 при обратном включении. Для этого предел миллиамперметра pA1 установить 20 мА. Результаты занести в таблицу 3. Указать напряжение стабилизации. Таблица 3. Стабилитрон VD5 СТ. В U ОБР , В I ОБР , мА 5.7 Собрать схему для снятия вольт-фарадной характеристики варикапа рисунок 3). Установить частоту генератора равной 2 МГц напряжение U G =1 В. Подключить вольтметр к варикапу. Изменяя напряжение U ОБР от 0 до 20 В, записать показания вольтметра PV в таблицу 4. Таблица 4. U G =1 В. U ОБР , В 0 5 10 15 20 С ВК =0 U ВК , В С, пФ С П = С ВК , пФ Вычислить суммарную ёмкость (ёмкость варикапа С ВК + паразитная ёмкость С П ) по формуле ВК ВК 2 U U U С С G . С пФ. Отключить варикап. В этом случае проводится измерение и вычисляется паразитная ёмкость С П . Затем определяем ёмкость варикапа С ВК =С Σ - С П для всех значений U ОБР 5.8. Исследовать диод VD1 на переменном токе. Для этого собрать схему рисунок 4). Установить частоту генератора 100-200 Гц. 5.9. Зарисовать осциллограммы а) подводимого переменного напряжения от генератора U(t), б) напряжения на нагрузке Н) в х случаях 1 нагрузкой является резистор R4, 2 нагрузкой является резистор R4 и емкость С, 3 нагрузкой является резистор R4 и емкость С. 5.10. Расчет сопротивление диодов при прямом включении притоке мА и обратное сопротивление при напряжении 10 В (результаты занести в таблицу 5). Таблица 5. Прямое и обратное сопротивление диодов Диод R пр R обр VD1 VD2 6 Указания к составлению отчета 1 Указать цель работы. 6 2 Привести схемы исследования полупроводниковых диодов. 3 Привести таблицы с результатами измерений. 4 Построить вольтамперные характеристики исследуемых диодов для прямого включения. 5 Построить вольтамперные характеристики исследуемых диодов для обратного включения. 6. Рассчитать прямое сопротивление и обратное сопротивление диодов. 7. Построить вольтамперные характеристики стабилитрона, используя различный масштаб для прямого и обратного включения. Указать участок стабилизации. 8. Построить вольт - фарадную характеристику варикапа. 9. Привести осциллограммы исследования диода на переменном токе подводимого напряжения, напряжений на диоде и на нагрузке. Осциллограммы располагаются одна под другой с соблюдением масштаба времени. 10. Сделать выводы о проделанной работе. |