Исследование характеристик и параметров

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

Цель работы - исследование характеристик германиевого и кремниевого диодов, изучение методики измерения характеристик и расчет параметров математической модели диода по характеристикам.

 

Задание и порядок выполнения работы

 

1. Начертить принципиальные схемы для снятия прямых и обратных ветвей ВАХ диода с указанием полярности подключения источника питания и типов измерительных приборов (рис. 6). Для приборов указать пределы измерений. Выписать из приложений 1-2 типы и основные параметры исследуемых диодов и стабилитрона. Исследуемые диоды обозначены на макете VD1 и VD2; один из диодов германиевый, другой кремниевый. Стабилитрон имеет обозначение VD3. Типы исследуемых приборов указаны на макете.

Рис. 6. Схемы для исследования прямой ветви ВАХ диода (а), обратной ветви ВАХ диода (б) и обратной ветви ВАХ стабилитрона (в)

 

Замечание. При снятии ВАХ нужно свести к минимуму погрешности, вносимые измерительными приборами из-за их неидеальности: внутреннее сопротивление вольтметра очень высокое, но не бесконечное, а внутреннее сопротивление измерителя тока отличается от нуля и зависит от предела измерения. Поэтому схемы снятия прямой и обратной ветвей ВАХ диода отличаются не только полярностью подключения источника питания, но и способом включения в схему измерительных приборов. Так, при снятии прямой ветви ВАХ (рис. 6, а) вольтметр подключен параллельно диоду и измеряет напряжение на нем, а миллиамперметр измеряет сумму тока диода и тока, протекающего через вольтметр, что и приводит к измерению тока с погрешностью. Однако из-за высокого внутреннего сопротивления вольтметра (порядка 10 МОм) ток вольтметра будет составлять единицы мкА, т. е. для большей части измеряемой ВАХ будет минимум на 2-3 порядка меньше тока диода. Поэтому погрешность измерения тока диода будет небольшой. Если же подсоединить вольтметр к схеме так, как показано на рис. 6, б, то он будет измерять сумму прямого напряжения на диоде и падения напряжения на внутреннем сопротивлении миллиамперметра, которые могут оказаться соизмеримыми. В этом случае погрешность измерения будет гораздо большей.

Однако при снятии обратной ветви ВАХ именно вариант, показанный на рис. 6, б обеспечивает минимальную погрешность измерения, т. к. падение напряжения на внутреннем сопротивлении микроамперметра (достаточно далеком от нуля), создаваемое очень малым обратным током диода, будет на несколько порядков меньше обратного напряжения диода. Если же вольтметр подключить непосредственно к диоду, то он будет измерять только обратное напряжение диода, но микроамперметр будет измерять сумму обратного тока диода и тока вольтметра. Малый обратный ток диода может быть соизмерим с током вольтметра, а для кремниевых диодов может быть и гораздо меньше, и в этом случае погрешность измерения обратного тока диода может быть недопустимо большой.

2. Снять прямую ветвь ВАХ диодов VD1 и VD2.

Собрать схему для снятия характеристики; диод VD1 включить в прямом направлении в соответствии со схемой рис. 6, а. При снятии начального участка прямой ветви ВАХ (токи менее 150 мкА) последовательно с диодом включить резистор 100 кОм. Изменяя выходное напряжение источника питания, последовательно устанавливать токи диода 50 мкА, 100 мкА; 500 мкА, 1 мА, 2 мА, 5 мА, 7 мА, 10 мА и измерять соответствующие им напряжения на диоде. Для получения токов 500 мкА и более заменить резистор 100 кОм на 620 Ом, предварительно отключив источник питания (либо уменьшив его выходное напряжение до нуля). Аналогично снять прямую ветвь ВАХ диода VD2.

По результатам измерений построить графики прямых ветвей ВАХ диодов VD1 и VD2 в одной системе координат.

Выполнение отчета

 

Отчет по лабораторной работе выполняется индивидуально каждым студентом и должен содержать:

1) название и цель работы;

2) схемы проведения измерений с указанием типов измерительных приборов;

3) параметры исследованных диодов и стабилитрона;

4) графики измеренных ВАХ;

5) результаты обработки экспериментальных данных;

6) выводы по результатам работы.

 

Вопросы для самоконтроля и подготовки к защите

1. Нарисовать энергетические диаграммы p-n-перехода при отсутствии внешнего напряжения, при прямом и обратном включении.

2. Что такое контактная разность потенциалов?

3. Нарисовать ВАХ идеального p-n-перехода и реального диода. Объяснить различия.

4. Нарисовать ВАХ германиевого и кремниевого диода. Объяснить различия.

5. Что такое дифференциальное сопротивление диода? Каким образом оно соотносится с сопротивлением постоянному току?

6. Показать способ определения дифференциального сопротивления диода по его ВАХ.

7. Каким образом и почему изменяются прямое напряжение и обратный ток диода при изменении температуры?

8. Перечислить и кратко охарактеризовать виды пробоя p-n-перехода.

9. Нарисовать схемы снятия прямой и обратной ветвей ВАХ диода. Обосновать способ подключения измерительных приборов.

10. Дать определение стабилитрона, перечислить основные параметры.

11. На чем основано применение стабилитрона для стабилизации напряжения?

12. Нарисовать схему снятия ВАХ стабилитрона, обосновать выбор элементов и способ подключения измерительных приборов.

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

Цель работы - исследование характеристик германиевого и кремниевого диодов, изучение методики измерения характеристик и расчет параметров математической модели диода по характеристикам.