Лаб ОЭиРМ. Лаб 1 Колесников Д. 0183. Статические характеристики полупроводниковых диодов. Влияние температуры на вольтамперные характеристики диодов
 Скачать 229.91 Kb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра МИТ отчет по лабораторной работе №1 по дисциплине «Основы электроники и радиоматериалы» Тема: «Статические характеристики полупроводниковых диодов. Влияние температуры на вольтамперные характеристики диодов» Вариант №10
Санкт-Петербург 2022 Цель работы. Провести анализ прямой ветви вольтамперных характеристик диодов. Изучение влияния температуры на вольтамперные характеристики диодов при постоянном токе. Основные теоретические сведения. Полупроводниковый диод представляет собой прибор, основанный на свойствах p−n-перехода. В собственном полупроводнике свободные электроны и дырки образуются попарно и число электронов равно числу дырок. При введении в полупроводник донорных примесей электрон атома примеси, не участвующий в межатомных связях, легко переходит в зону проводимости полупроводникового материала. При этом в кристаллической решетке остается неподвижный положительно заряженный ион примеси, а электрон добавляется к свободным электронам собственной проводимости. В этом случае концентрация свободных электронов в полупроводнике превышает концентрацию дырок в нем. Такой полупроводник называют полупроводником n-типа. При введении в полупроводник акцепторных примесей атомы примеси в процессе формирования межатомных связей отбирают электрон у одного из атомов полупроводникового материала, становясь неподвижными отрицательными ионами. В этом случае концентрация дырок в полупроводнике превышает концентрацию свободных электронов и полупроводник называют полупроводником p-типа. На границе полупроводников n- и p-типов за счет диффузии часть электронов из n-слоя переходит в p-слой, рекомбинируя с дырками, и наоборот. При этом в пограничном n-слое остается нескомпенсированный положительный заряд примесных ионов, а в p-слое – нескомпенсированный отрицательный заряд примесных ионов. Возникает контактная разность потенциалов, препятствующая переходу дырок в n-область и электронов − в p-область. Если к p−n-переходу приложено внешнее напряжение в прямом направлении («плюс» к слою p и «минус» к слою n), то это напряжение, скомпенсировав контактную разность потенциалов, создаст прямой ток через переход. Когда напряжение приложено в обратном направлении, оно увеличивает потенциальный барьер и проводимость перехода остается весьма малой. На Рисунке 1 представлено схематическое изображение структуры p−n перехода (а) и его вольтамперная характеристика (б). Обратный ток перехода I0 для кремниевых p−n-переходов составляет обычно доли или единицы миллиампер, для германиевых − микроампер.  Рисунок 1 Выражение для прямого тока I через переход представляют в виде I = I0 ехр (V/φ0), где V − прямое напряжение на переходе; φ0 ≈ 25 мВ – температурный потенциал при 20ºС. Если обратное напряжение, приложенное к p−n-переходу, превосходит некоторое предельное значение, то возникает пробой перехода. Обработка результатов эксперимента. 1) Построение и анализ прямой ветви вольтамперных характеристик диодов. Построение прямой ветви вольтамперных характеристик (ВАХ) диодов выполняется при использовании схемы, представленной на Рисунке 2.  Рисунок 2. Схема прямой ветви Диоды D1 (кремниевый, модель 1N4148), D2 (германиевый, модель 10TQ045_IR) и D3 (диод Шотки, модель 1N5819) через токоограничивающие резисторы R1, R2, R3 подключены к источнику напряжения V1 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. ВАХ диодов строятся в режиме анализа схемы по постоянному току. Окно анализа представлено на Рисунке 3.  Рисунок 3. Окно задания на расчет DC Analysis Limits На экране открывается окно графиков прямой ветви ВАХ диодов ID = f(VD) (Рисунке 4).  Рисунок 4. Графики зависимости ID = f(VD) диодов Под каждым графиком выводятся значения токов и напряжений, соответствующие представленным на графиках маркерам, а также разница между ними. По координатам двух точек – левой (Left) и правой (Right) – следует ориентировочно оценить диапазон изменения сопротивления каждого из диодов D1, D2, D3 в заданном интервале изменения тока через диод (диапазон изменения тока задается преподавателем) от r1 = V1/I1 до r2 = V2/I2. Результаты расчетов заносятся в Таблицу 1, а сами графики с точками можно увидеть на Рисунках 5-7. Таблица 1. Вольтамперные характеристики диодов
 Рисунок 5. График для кремниего диода  Рисунок 6. График для германиевого диода  Рисунок 7. График для диода Шотки 2) Зависимость ВАХ диодов от температуры. Построим семейство ВАХ каждого диода в зависимости от температуры, используя схему, изображенную на рисунке 2, где I - постоянный ток, заданный преподавателем, V - напряжение на диоде с изменением температуры T. Графики семейства ВАХ для различных температур можно наблюдать на Рисунке 8. Данные снятые с графика занесем в Таблицу 2.  Рисунок 8. График семейства ВАХ  Рисунок 9. Результаты измерений С помощью полученных графиков при заданном токе (ток задается преподавателем) рассчитывается изменение напряжение на диоде с изменением температуры на 1 °С: ∆V∕∆T при I = const. Таблица 2. Значения ВАХ и температуры
      Выводы по лабораторной работе. Была проведена лабораторная работа, в ходе которой была построена цепь с тремя разными диодами: D1 – кремниевый диод, D2 – германиевый и, соответственно, D3 – диод Шотки. Была определена и проанализирована их вольтамперная характеристика (ВАХ). Из трех рассмотренных типов диодов кремниевые имеют максимальную контактную разность потенциалов, диоды Шотки – минимальную, а германиевые – промежуточное значение. Также было доказано, что увеличение температуры при поддержании неизменного тока через диод приводит к уменьшению падения напряжения на диоде. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
