Лабораторная работа 11 снятие вольтамперной характеристики полупроводникового диода
 Скачать 30.96 Kb.
|
|
Лабораторная работа № 11 СНЯТИЕ ВОЛЬТ-АМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА Цель работы. Изучение свойств полупроводникового диода и снятие его вольт-амперной характеристики. Краткие теоретические сведения о работе и описание установки Некоторые химические элементы и соединения называются полупроводниками. Типичными представителями полупроводников являются элементы германий и кремний. Качественное различие между металлами и полупроводниками проявляется в характере зависимости удельной проводимости от температуры. С понижением температуры проводимость металлов возрастает, а у полупроводников она убывает, приближаясь к нулю при приближении температуры к абсолютному нулю. При высоких температурах проводимость полупроводников приближается к проводимости металлов. Такая зависимость проводимости от температуры объясняется тем, концентрация носителей тока (электронов проводимости) в металлах практически не зависит от температуры, а в полупроводниках носители тока сами возникают в результате теплового движения. Электропроводность полупроводников зависит от наличия примесей других элементов. Ничтожные количества примесей весьма сильно увеличивают электропроводность полупроводников. Примеси, поставляющие электроны в зону проводимости, называются донорами. Примером донорной примеси могут служить атомы мышьяка, вводимые в кристаллическую решетку кремния. Полупроводники с донорной примесью называются полупроводниками п-типа. Примеси другого типа, называемые акцепторными, вызывают появление дырок, то есть вакантных мест, возникающих в результате разрывов валентных связей. Оказывается, что в электрических и магнитных полях дырки движутся так же, как двигались бы положительно заряженные частицы с зарядом, равным по величине заряду электрона, и некоторой определенной массой (вообще не равной массе электрона). Таким образом образуется дырочная проводимость, то есть проводимость р-типа, а полупроводники с такой проводимостью называются полупроводниками р-типа. Граница соприкосновения двух полупроводников, один из которых имеет электрону, а другой дырочную проводимость, называется электронно-дырочным переходом (р п-переходом). Для получения хороших р п-переходов в пластинку чистого полупроводника вводят донорную и акцепторную примеси, создавая таким путем две области (п и р) различной проводимости. Сопротивление р п-перехода зависит от направления проходящего через него тока. Если ток идет в направлении от р- к п-полупроводнику, то сопротивление перехода сравнительно мало; это направление называют пропускным или прямым. При пропускании тока в направлении от п- к р-полупроводнику (обратное направление) сопротивление перехода возрастает в несколько тысяч раз по сравнению с его сопротивлением в пропускном направлении. Это значит, что р п-переход обладает односторонней проводимостью. Полупроводниковое устройство, содержащее один р п-переход, называется полупроводниковым диодом. На корпусе диода стрелкой указывают его пропускное направление. Теоретическое объяснение указанных свойств полупроводников и полупроводниковых диодов можно найти в рекомендованных для изучения курсах общей физики. В данной работе экспериментально определяется зависимость силы тока, протекающего через полупроводниковый диод, от приложенного к диоду напряжения. Эта зависимость называется вольт-амперной зависимость. Снятие вольт-амперной характеристики полупроводникового диода производится при помощи макета, внешний вид которого показан на рис. 1. В верхней части макета расположены источник тока 1, вольтметр 4, амперметр 6. Вольтметр и амперметр имеют по две шкалы, то есть имеют по два диапазона измерений. Вольтметр: верхняя шкала диапазон измерений от 0 до 1,5 вольта; нижняя шкала диапазон измерений от 0 до 0,5 вольта. Амперметр: верхняя шкала диапазон измерений от 0 до 50 миллиампер (тА); нижняя шкала диапазон измерений от 0 до 100 микроампер ( А).  В дальнейшем верхние шкалы измерительных приборов будем называть первыми диапазонами, а нижние шкалы вторыми диапазонами. Переключение диапазонов осуществляется переключателем (или тумблером) 5. При перемещении тумблера влево включаются первые диапазоны вольтметра и амперметра, при перемещении тумблера вправо включаются вторые диапазоны. Цепь замыкается тумблером 2. Напряжение в цепи регулируется поворотом ручки потенциометра 3. При вращении ручки 3 по часовой стрелке напряжение увеличивается, при вращении против часовой стрелки уменьшается. Напряжение на исследуемом диоде 8 измеряется вольтметром 4, а ток, текущий через диод, амперметром 6. Тумблером 7 можно осуществить либо прямое, либо обратное включение диода. При положении "П" ток через диод идет в прямом направлении, при положении "О" в обратном. Порядок выполнения работы Упражнение 1. Снятие вольт-амперной характеристики полупроводникового диода при прямом включении. 1. Установить ручку потенциометра 3 в крайнее левое положение. 2. Переключите вольтметр и амперметр на первый диапазон измерений (левое положение тумблера 5). 3. Переключите тумблер 7 в положение "П". 4. Тумблером 2 замкните цепь. 5. Осторожно вращая ручку потенциометра 3 по часовой стрелке, увеличивайте напряжение в цепи и через каждый 0,1 В записывайте в таблицу 1 показания амперметра и вольтметра. Напряжение увеличивайте до тех пор, пока показание амперметра не достигнет величины 40 или 50тА. При этом необходимо снять примерно 8 показаний измерительных приборов. 6. Окончив измерения, установите ручку потенциометра 3 в крайнее левое положение и тумблером 2 разомкните цепь. Таблица 1
Упражнение 2. Снятие вольт-амперной характеристики полупроводникового диода при его обратном включении. 1. Переключите вольтметр и амперметр на второй диапазон измерений (правое положение тумблера 5). 2. Переключите тумблер 7 в положение "О". 3. Тумблером 2 замкните цепь. 4. Осторожно вращая ручку потенциометра 3 по часовой стрелке, увеличивайте напряжение в цепи. Через каждый 0,02 В записывайте в таблицу 2 показания амперметра и вольтметра. После достижения напряжением величины 0,1 В показания измерительных приборов снимать при значениях напряжения 0,2 В; 0,3 В; 0,4 В; 0,5 В. 5. Окончив измерения, установите ручку потенциометра 3 в крайнее левое положение и тумблером 2 разомкните цепь.  Таблица 2
По полученным данным строят график, то есть вольт-амперную характеристику диода, откладывая по горизонтальной оси вправо от начала координат прямое напряжение, а влево обратное; по вертикальной оси откладывают вверх от начала координат прямой ток, а вниз обратный. Получается график, изображенный на рис. 2 (без соблюдения масштаба). Пользуясь графиком (рис. 2), определяют сопротивление диода в пропускном направлении по формуле
Для определения величины r используют тот участок графика, где он мало отличается от прямой линии. Вопросы для самоконтроля
|
