Лабораторная работа 4 Определение параметров и характеристик полупроводникового диода

• Название: Лабораторная работа 4 Определение параметров и характеристик полупроводникового диода
• Дата: 27.01.2022
• Размер: 55.7 Kb.
• Имя файла: 000572c6-cef71411.docx
• Тип: Лабораторная работа; #344138

Лабораторная работа № 4

Определение параметров и характеристик полупроводникового диода

Цель: Изучение характеристик и параметров диодов, экспериментальное исследование их вольтамперных характеристик (ВАХ).

Теоретический материал для подготовки и выполнения лабораторной работы:

Полупроводниковым диодом называют электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом.

В зависимости от основного назначения и вида используемого явления в p-n-переходе различают шесть основных функциональных типов полупроводниковых диодов: выпрямительные, высокочастотные, импульсные, туннельные, стабилитроны, варикапы.

Одним из свойств p–n-перехода является способность изменять свое сопротивление в зависимости от полярности напряжения внешнего источника. Причем разница сопротивлений при прямом и обратном направлениях тока через p–n-переход может быть настолько велика, что в ряде случаев, например, для силовых диодов, можно считать, что ток протекает через диод только в одном направлении – прямом, а в обратном направлении ток настолько мал, что им можно пренебречь. Прямое направление – это когда электрическое поле внешнего источника направлено навстречу электрическому полю p–n-перехода, а обратное – когда направления этих электрических полей совпадают. Полупроводниковые диоды, использующие вентильное свойство p–n-перехода, называются выпрямительными диодами и широко используются в различных устройствах для выпрямления переменного тока.

Основной характеристикой полупроводниковых диодов служит вольт-амперная характеристика (рис.1)



Рис.1

В области обратных напряжений можно пренебречь падением напряжения в объёме полупроводника. При достижении обратным напряжением определённого критического значения ток диода начинает резко возрастать. Это явление называют пробоем диода.

Различают два основных вида пробоя электронно-дырочного перехода: электрический и тепловой. В обоих случаях резкий рост тока связан с увеличением числа носителей заряда в переходе. Электрический пробой бывает двух видов - лавинный и туннельный.

Основными параметрами выпрямительных диодов являются:

• 
  Максимально допустимое обратное напряжениеU_{обр. mах} – наибольшее постоянное (или импульсное) обратное напряжение, при котором диод может длительно и надежно работать обычно ;
  
• 
  Максимально допустимый выпрямленный токI_{вп. ср mах} — средний за период ток через диод (постоянная составляющая), при котором обеспечивается его надежная длительная работа
  
• 
  Прямое и обратное сопротивления диода постоянному току, определяемые по его ВАХ с использованием следующих соотношений:
  

Rд пр = Uпр / Iпр; Rд обр = Uобр / Iобр;

• 
  Максимальная частотаf_тах — наибольшая частота подводимого напряжения, при которой выпрямитель на данном диоде работает достаточно эффективно, а нагрев диода не превышает допустимой величины.
  
• 
  Постоянное прямое напряжение U_пр – падение напряжения на диоде при протекании через него постоянного прямого тока I_пр – заданного ТУ.
  
• 
  Постоянный обратный ток I_обр — ток через диод при постоянном обратном напряжении (U_{обр мах}). Чем меньше I_обр , тем качественнее диод.
  

Превышение максимально допустимых величин ведет к резкому сокращению срока службы или пробою диода.

При коротких импульсах необходимо учитывать инерционность процессов включения и выключения диода, что характеризуется следующими параметрами:

1)  Время установления прямого напряжения на диоде (t_уст ) – время, за которое напряжение на диоде при включении прямого тока достигает своего стационарного значения с заданной точностью.

2)  Время восстановления обратного сопротивления диода (t_восст.) определяется как время, в течение которого обратный ток диода после переключения полярности приложенного напряжения с прямого на обратное достигает своего стационарного значения с заданной точностью, обычно 10% от максимального обратного тока.

Там, где требуется малое время переключения, используют диоды Шотки. Они имеют переход металл — полупроводник, который обладает выпрямительным эффектом. Накопление заряда в переходе этого типа выражено слабо. Поэтому время переключения может быть уменьшено до значения порядка 100 пс. Другой особенностью этих диодов является малое (по сравнению с обычными кремниевыми диодами) прямое напряжение, составляющее около 0,3 В.

Порядок выполнения работы:

1. 
   С обрать схему для исследования выпрямительного диода на постоянном токе в соответствии с принципиальной схемой (рис. 2). Для измерения анодного тока включить миллиамперметр постоянного тока с пределом 100 мА. Для измерения анодного напряжения использовать мультиметр. Последовательно с диодом включить токоограничивающий резистор Rн (RP2 на стенде).
   

Рис.2

2. 
   После проверки схемы преподавателем включить источник питания.
   
3. 
   Снять вольтамперную характеристику выпрямительного диода на постоянном токе для прямой ветви. Для снятия характеристики регулировать напряжение на выходе потенциометра. Результаты измерений занести в таблицу 1. Выключить источник питания.
   

Таблица 1

I, мА	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
U, В

4. 
   Собрать схему для исследования диода Шотки на постоянном токе в соответствии с принципиальной схемой рис. 3 заменив диод VD1 на диод VD2. Для измерения анодного тока включить миллиамперметр постоянного тока с пределом 100 мА. Для измерения анодного напряжения использовать мультиметр. Последовательно с диодом включить токоограничивающий резистор Rн (RP2 на стенде)
   
5. 
   После проверки схемы преподавателем включить источник питания.
   
6. 
   Снять вольтамперную характеристику диода Шотки на постоянном токе для прямой ветви. Для снятия характеристики регулировать напряжение на выходе потенциометра. Результаты измерений занести в таблицу 2. Выключить источник питания.
   

Таблица 2

I, мА	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
U, В

7. 
   Собрать схему для снятия обратной ветви ВАХ VD1, подключив к PR2 источник -12В и заменив миллиамперметр, поменяв также его полярность подключения (рис.3).
   

Рис.3

8. 
   После проверки схемы преподавателем включить источник питания.
   
9. 
   Снять обратную ветвь ВАХ выпрямительного диода на постоянном токе. Для снятия характеристики регулировать напряжение на выходе потенциометра. Результаты измерений занести в таблицу 3. Выключить источник питания.
   

Таблица 3

I, мА
U, В

10. 
    Собрать схему для снятия обратной ветви ВАХ диода Шотки, заменив VD1 на VD2 (рис.3).
    
11. 
    После проверки схемы преподавателем включить источник питания.
    
12. 
    Снять обратную ветвь ВАХ выпрямительного диода на постоянном токе. Для снятия характеристики регулировать напряжение на выходе потенциометра. Результаты измерений занести в таблицу 4. Выключить источник питания.
    

Таблица 4

I, мА
U, В

13. 
    Построить для каждого диода вольтамперную характеристику (прямую и обратную ветвь совместить на одном графике (смотри теоретический материал).
    
14. 
    Разобрать электрическую цепь и сдать стенд преподавателю.
    
15. 
    Сделать вывод по работе.
    

Контрольные вопросы:

1. 
   Сколько выводов имеет диод?
   
2. 
   Что называют прямым включением диода?
   
3. 
   Какой ток протекает через диод при его обратном включении, и чем он вызван?
   
4. 
   Какое явление называется пробоем диода?
   
5. 
   В чем особенность диодов Шотки, их достоинства и область применения.