файл. ОЭиРМ - Пример отчета по ЛР1. Отчет по лабораторной работе по дисциплине тема Студенты гр
 Скачать 0.83 Mb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра МИТ отчет по лабораторной работе № __ по дисциплине «______» Тема: __________________________________
Санкт-Петербург 2020 Цель работы: Цель данной лабораторной работы заключалась в том, что было необходимо провести анализ прямой ветви вольт-амперных характеристик трех диодов, включенных в электрическую цепь, изучив при этом статистические характеристики полупроводниковых диодов и рассмотрев влияние температуры на вольт-амперные характеристики диодов. Основные теоретические положения. На рисунке 1.1 представлено схематическое изображение структуры p-n-перехода (а) и его вольт-амперная характеристика (б). Обратный ток перехода I0 для кремниевых p-n-переходов составляет обычно доли или единицы миллиампер, для германиевых - микроампер.  Рисунок 1.1 - Схематическое изображение структуры p-n-перехода (а) и его вольт-амперная характеристика (б) Выражение для прямого тока I через переход представляют в виде  где V - прямое напряжение на переходе; φ0 ≈ 25 мВ – температурный потенциал при 20 ºС. Если обратное напряжение, приложенное к p-n-переходу, превосходит некоторое предельное значение, то возникает пробой перехода. Экспериментальные результаты 1.1. Построение прямой ветви вольт-амперных характеристик диодов Построение прямой ветви вольт-амперных характеристик (ВАХ) диодов выполняется при использовании схемы, представленной на рисунке 1.2 Диоды D1 (кремниевый, модель 1N4148), D2 (германиевый, модель 10TQ045_IR) и D3 (диод Шотки, модель 1N5819) через токоограничивающие резисторы R1 = 2000 Ом, R2 = 2000 Ом, R3 = 2000 Ом подключены к источнику напряжения V1 с номиналом в 20 В в прямом направлении (p слой – к «плюсу», n-слой – к «минусу» источника). При напряжении на диоде, компенсирующем контактную разность потенциалов, через p–n-переход проходит прямой ток.  Рисунок 1.2 - Общая схема цепи Перейдем в режим анализа ВАХ диодов по постоянному току (рисунок 1.3). На трёх графиках, приведенных ниже все горизонтальные оси отвечают за значение V(D1), V(D2), V(D3) соответственно сверху вниз, а вертикальные оси - значения токов, протекающих через диоды, которые представлены на «рисунке 1.2».(I(D1), I(D2), I(D3)). Все значения токов приведены в мA, а напряжения в мV. Где м = 10-3    V, мВ I, мА  Рисунок 1.3(а) - ВАХ кремниевого диода I, мА V, мВ Рисунок 1.3(б) - ВАХ германиевого диода I, мА V, мВ Рисунок 1.3(в) - ВАХ диода Шотки Воспользуемся функцией считывания координат точек на графике с помощью режима электронного курсора, точки на графиках были выбраны в произвольном порядке и заданы в процессе выполнения работы преподавателем, данные с этих точек можно увидеть на рисунке 1.4 (а, б, в), каждый их графиков соответствует своему диоду, на рисунках они подписаны. Их значения и дальнейшие расчеты по ним в таблице ниже.   I, мА  V, мВ Рисунок 1.4(а) – Зависимость I(D1) от V(D1) для кремниевого диода На рисунке 1.4.(а) построен график для кремниевого диода, вертикальная ось I(D1), мA, а горизонтальная ось V(D1), мВ. По заданию преподавателя выбираем две точки на графике и их значения заносим в Таблицу 1 в первую строчку для D1. I, мА   V, мВ Рисунок 1.4(б) – Зависимость I(D2) от V(D2) для германиевого диода На рисунке 1.4.(б) Построен график для германиевого диода, вертикальная ось I(D2), мA, а горизонтальная ось V(D2), мВ. По заданию преподавателя выбираем две точки на графике и их значения заносим в Таблицу 1 во вторую строчку для D2.  I, мА  V, мВ Рисунок 1.4(в) – Зависимость I(D3) от V(D3) для диода Шотки На рисунке 1.4.(в) Построен график для диода Шотки, вертикальная ось I(D3), мA, а горизонтальная ось V(D3), мВ. По заданию преподавателя выбираем две точки на графике и их значения заносим в Таблицу 1 в третью строчку для D3. С помощью маркеров измерим ВАХ трех диодов и занесем в таблицу протокола соответствующие значения. Таблица 1. Значения токов и напряжений для диодов кремниевого, германиевого и Шотки соответственно.
Оценим диапазон изменения сопротивления каждого из диодов D1, D2, D3, где I1 и I2 - значения тока и V1 и V2 - значения напряжения в заданном интервале. Обработка результатов эксперимента Расчет изменения сопротивления кремневого диода D1. Для этого из таблицы 1, первой строчки, берем значения соответствующих токов и напряжений и по формулам приведенным ниже рассчитываем наши значения. r1=V1/I1=697,185/6,883=101,29 [Ом] r2= V2 / I2=602,041/1,102=546,31[Ом] Расчет изменения сопротивления германиевого диода. Для этого из таблицы 1, второй строчки, берем значения соответствующих токов и напряжений и по формулам приведенным ниже рассчитываем наши значения. r1=V1/I1=287,389/7,089=40,54 [Ом] r2=V2/I2=249,15/1,505=165,54 [Ом] Расчет изменения сопротивления диода Шотки. Для этого из таблицы 1, третьей строчки, берем значения соответствующих токов и напряжений и по формулам приведенным ниже рассчитываем наши значения. r1=V1/I1=199,83/7,131=28,02 [Ом] r2=V2/I2=259,84/1,766=90,18 [Ом] Вывод_по_подразделу_1.1'>Вывод по подразделу 1.1 Из полученных ВАХ можно сделать следующий вывод, что из трех типов рассмотренных диодов кремниевые имеют максимальную величину контактной разности потенциалов и изменения сопротивления, диоды Шотки –минимальную величину, а германиевые занимают промежуточное значение. 1.2. Зависимость ВАХ диодов от температуры Построим семейство ВАХ каждого диода в зависимости от температуры (рисунок 1.5) , используя схему, изображенную на рисунке 1.2, где I - постоянный ток, заданный преподавателем, V- напряжение на диоде с изменением температуры T. И данные снятый с графика занесем в соответствующую таблицу.     100 0C 60 0C 20 0C I, мA   V, мВ  Рисунок 1.5 (а) - Графики зависимости токов и напряжений кремниевого диода I(D), V(D) от температуры T, при постоянном токе, I(D) = 4 мA По графикам, представленным на рисунке 1.5 снимаем значения напряжений при температурах T = 20 0C, 60 0C, 100 0C и при постоянном токе, заданным преподавателем I(D) = 4мA. Значения снимаем только для кремниевого диода, то есть для первого графика, в чем можно убедиться, вернувшись к «рисунку 1.4.(а)» Далее эти значения заносим в таблицу 2 и по этим значениям производим вычисления, представленные ниже. Самый правый график для кремниевого диода T = 20 0C, по середине график Т = 60 0C, самый левый Т = 100 0C. Таблица 2. Зависимость напряжения кремниевого диода от температуры при I = const
Обработка результатов эксперимента Исходя из снятых значений с рисунка 1.5 и в последствии занесенных их в таблицу 2, выполним расчет изменения напряжения на диоде с изменением температуры на 10C, данные расчёты представлены ниже 1) ∆V1 ⁄∆T1=680,469/21=34,023 мВ 2) ∆V2 ⁄∆T2=611,070/61=15,276 мВ 3) ∆V3 ⁄∆T3=540,630/99=5,406 мВ Вывод по подразделу 1.2 Из проведенных выше расчётов и измерений можно сделать вывод о том, что при увеличении температуры при поддержании неизменного тока через диод приводит к уменьшению падения напряжения на диоде, в нашем случае кремниевом, что мы можем наблюдать из расчётов, т.к. при температуре в 20 0C значение падения напряжения примерно равно 34 мВ, а уже при более высокой температуре, т.е. 100 0C, значение падения напряжения становится меньше практически в 7 раз. 1.4. Задание В схеме на рисунке 1.2 определим необходимое напряжение источникаV1 для обеспечения в цепи, состоящей из элементов R1 и D1, тока, заданного преподавателем, используя совместные ВАХ диода и резистора. На графике ВАХ диода отмечается точка 1 с заданным током I1 и определяется соответствующее падение напряжения на диоде V1(D) рисунок 1.6. Затем рассчитывается падение напряжения на резисторе V1(R) при заданном токе I1 [V1(R) = I1R1] и откладывается по оси напряжений от точки V1(D). Полученная сумма V1(1) = V1(D) + V1(R) определяет напряжение, создающее заданный ток в цепи.  Рисунок 1.6 - График ВАХ диода, по вертикальной оси откладывается I, по горизонтальной V. Наклонная прямая с началом в точке V1(1) на оси X, проходящая через точку 1, является графиком ВАХ резистора, направленным встречно графику ВАХ диода. С ростом заданного тока рабочая точка диода перемещается вверх по графику ВАХ. Прямая ВАХ резистора с углом наклона α переносится в новую рабочую точку. Ее пересечение с осью Х дает новое значение источника напряжения V2(1). Все дальнейшие значения для расчётов берутся из Таблица 1 для D1 – кремниевого диода, а значения сопротивлений из расчётов приведенных ниже Таблицы 1, также для кремниевого диода. V1(R) = I1*R1 = 1,102*546,31 = 602,06 [мВ] V2(R) = I2*R2 = 6,883*101,29 = 697,17 [мВ] V1(D) = 578,25 [мВ] V1(1) = V1(D) + V1(R) = 602,06 + 578,25 = 1180,31 [мВ] Вывод В ходе данной лабораторной работы была построена цепь с тремя разными диодами: D1 – кремниевый диод, D2 - германиевый и, соответственно, D3 - диод Шотки, определена и графически проанализирована их вольт-амперная характеристика. Из ВАХ был сделан вывод, что из трех типов рассмотренных диодов кремниевые имеют максимальную величину контактной разности потенциалов, диоды Шоттки – минимальную величину, а германиевые занимают промежуточное значение. Также изучили зависимость напряжения на диоде от температуры, сделав вывод о том, что при увеличении температуры напряжение на диоде падает при постоянном токе, построили для этого случая ВАХ. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||