Изучение диода. Изучение ВАХ полупроводникового диода EWB. Изучение вольтамперной характеристики полупроводникового диода в сред ewb
 Скачать 84.7 Kb.
|
|
Лабораторная работа Тема: Изучение вольтамперной характеристики полупроводникового диода в сред EWB Цели работы: Исследование зависимости тока диода от напряжения при прямом и обратном смещении p - n перехода. Построение и исследование вольтамперной характеристики (ВАХ) для полупроводникового диода. Измерение сопротивления диода при прямом и обратном смещении по вольтамперной характеристике. Анализ сопротивления диода (прямое и обратное смещение) на переменном и постоянном токе. Измерение напряжения изгиба вольтамперной характеристики. Приборы и оборудование: характериограф, мультиметр, осциллограф, диоды. Краткая теория. Полупроводниковым диодом называется структура из двух полупроводниковых слоев с проводимостями p (дырочной) и n (электронной) типа. Такая структура обладает выпрямляющими свойствами: она гораздо лучше пропускает ток в одном направлении, чем в другом. Полярность напряжения, соответствующая большим токам, называется прямой, а меньшим - обратной. Обычно пользуются терминами прямое и обратное напряжение, прямой и обратный ток. Поверхность, по которой контактируют p- и n- слои, называется металлургической границей, а прилегающая к ней область объемных зарядов - электронно-дырочным переходом. Электронно-дырочные переходы классифицируют по резкости металлургической границы и соотношению удельных сопротивлений слоев. Ступенчатыми переходами (коэффициент плавности перехода m=0,5) называют переходы с идеальной границей, по одну сторону которой находятся дырки, а по другую - электроны. Такие переходы наиболее просты для анализа, поэтому все реальные переходы стараются, если это возможно, рассматривать как ступенчатые. Плавными переходами (m = 0,333) называют такие, у которых в области металлургической границы концентрация одного типа примеси постепенно уменьшается, а другого типа - растет. Сама металлургическая граница в этом случае соответствует равенству концентраций примесей. Все реальные p-n-переходы - плавные, степень их приближения к ступенчатым зависит от градиента эффективной концентрации в районе металлургической границы. По соотношению концентраций примесей в p- и n-слоях переходы делятся на симметричные, несимметричные и односторонние. Симметричные переходы не типичны для полупроводниковой техники. Основное распространение имеют несимметричные переходы, у которых концентрации не одинаковы. В случае резкой асимметрии, когда концентрации примесей (а значит, и основных носителей) различаются на один-два порядка и более, переходы называются односторонними. Вольтамперная характеристика p-n - перехода описывается выражением: I = Io[exp(U/Ut) - 1], (1) где I - ток через переход при напряжении U, Io - обратный ток, Ut - температурный потенциал, равный при комнатной температуре 26мВ для Si. Если к переходу подключить обратное напряжение, то при определенном его значении переход пробивается. Различают три вида пробоя: туннельный, лавинный и тепловой. Первые два связаны с увеличением напряженности электрического поля в переходе, а третий - с увеличением рассеиваемой мощности и, соответственно, температуры. В основе туннельного пробоя лежит туннельный эффект, т.е. “просачивание” электронов сквозь тонкий потенциальный барьер перехода. В основе лавинного пробоя лежит “размножение” носителей в сильном электрическом поле, действующем в области перехода. Электрон и дырка, ускоренные полем на длине свободного пробега, могут разорвать одну из ковалентных связей полупроводника. В результате рождается новая пара электрон-дырка и процесс повторяется уже с участием новых носителей. При достаточно большой напряженности поля, когда исходная пара носителей в среднем порождает более одной новой пары, ионизация приобретает лавинный характер, подобно самостоятельному разряду в газе. При этом ток будет ограничиваться только внешним сопротивлением. Явление пробоя находит практическое применение в стабилитронах - приборах, предназначенных для стабилизации напряжения. В основе теплового пробоя лежит саморазогрев перехода при протекании обратного тока. С ростом температуры обратные токи резко возрастают, соответственно увеличивается мощность, рассеиваемая в переходе; это вызывает дополнительный рост температуры и т.д. Как правило, тепловой пробой не имеет самостоятельного значения: он может начаться лишь тогда, когда обратный ток уже приобрел достаточно большую величину в результате лавинного или туннельного пробоя. Барьерную емкость принято разделять на две составляющие: барьерную емкость, отражающую перераспределение зарядов в переходе, и диффузионную емкость, отражающую перераспределение носителей в базе. Такое разделение в общем условно, но оно удобно на практике, поскольку соотношение обеих емкостей различно при изменении полярности приложенного напряжения. При прямом напряжении главную роль играют избыточные заряды в базе и, соответственно, диффузионная емкость. При обратном напряжении избыточные заряды в базе малы и главную роль играет барьерная емкость. Обе емкости нелинейны: диффузионная емкость зависит от прямого тока, а барьерная - от обратного напряжения. Измерения DПорядок выполнения работы: 1.1. Запустите программу EWB 5.12. 1.2. Соберите схему для исследования параметров полупроводниковых диодов: 1.2.1. Из библиотеки компонентов источников питания  Sources на поле поместите источник заданного напряжения  и заземление –  .1.2.2. Из библиотеки пассивных элементов Basic на поле  поместите резистор  , подстроечный резистор  и ключ  .1.2.3. Из библиотеки индикаторных устройств Indicators  поместите амперметры  и вольтметры  .1.2.4. Из библиотеки Diodes  на поле поместить диод  . определенной модели.1.2.5. Соедините все компоненты по схеме. Установите необходимые параметры компонентов:  Рис.1 1.3. Снимите вольтамперные характеристики диода, меняя значение подстроечного резистора от 0% до 100% через интервал 20% Увеличение можно производить нажатием клавиши «R», уменьшение – «Shift+R». Шаг увеличения/уменьшения можно задать. 1.3.1. Исследуйте прямую ветвь диода. Для переключения ключа используйте клавишу Space (Пробел). 1.3.2. Исследуйте обратную ветвь диода. 1.3.3. Полученные данные занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):
1.4. Постройте график вольтамперной характеристики. Примерный вид графика ВАХ представлен на рис. 2. На основе ВАХ измерить дифференциальное сопротивление диода при прямом напряжении в точке А (рис. 2), определить напряжение изгиба ВАХ. Дифференциальное сопротивление считается по формуле (3) в прямом направлении.  (3)Определить напряжение изгиба ВАХ . Записать характеристики используемых диодов. из справочника Сделать выводы. Контрольные вопросы Как устроен полупроводниковый диод? Какой формулой описывается вольтамперная характеристика p - n -перехода? Назовите типы пробоев p - n -перехода и дайте их краткую характеристику. Перечислите составляющие емкости p - n -перехода. Назовите и кратко охарактеризуйте типы полупроводниковых диодов.  | ||||||||||||||||||||||||||||||||