Вивчення роботи напівпровідникових діодів

Мета роботи: вивчити роботу напівпровідникових діодів та одержати їх вольт-амперні характеристики.

Прилади: напівпровідниковий діод, джерело живлення, вольтметр, міліамперметр, реостат.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Напівпровідниковим діодом називається пристрій, який складається з двох різних металевих електродів, між якими знаходиться напівпровідниковий шар, або з двох напівпровідникових електродів з різними типами провідності (n - і р -типу). Опір такого пристрою залежить як від величини, так і від напряму прикладеної до нього напруги. Іншими словами, такий пристрій має властивості випрямляча або детектора.

Дія напівпровідникових діодів ґрунтується на здатності контактів будь-якого металу і напівпровідника з різними типами провідності, або двох напівпровідників з різними типами провідності проводити струм в одному напрямі краще, ніж в іншому. При цьому випрямлення ефективне, здебільшого, в тому випадку, коли у випрямляючому контакті на межі металу з напівпровідником або на межі двох напівпровідників з різним типом провідності є дуже тонкий перехідний шар з різко підвищеним опором. Виникнення шару з підвищеним опором пов’язане з існуванням контактної різниці потенціалів між двома тілами, що дотикаються одне до одного.

Теоретичні розрахунки залежності струму від напруги приводять до такої формули:

,

(1.18.1)

де – стала, яка залежить від властивостей напівпровідника і контактної різниці потенціалів між металом та напівпровідником; – основа натурального логарифма; – різниця потенціалів, прикладена до перехідного шару.

,

де – заряд електрона, k – стала Больцмана, Т – абсолютна температура, – коефіцієнт, який залежить від будови перехідного шару (за кімнатної температури для однорідного тонкого запірного шару )

.

Оскільки послідовно з перехідним шаром завжди вмикається і шар напівпровідника, практично вимірюється повний спад напруги на діоді (а не тільки на перехідному шарі), то формулу (1.18.1) слід переписати в такому вигляді:

 

,

(1.18.2)

 

де U – напруга, прикладена до всього випрямляча, – спад напруги на напівпровідниковому шарі з опором .

У прямому напрямі (),коли напруга достатньо велика, величина , , тоді формули (1.18.1) та (1.18.2) можуть бути записані у вигляді:

,

(1.18.3)

 

тобто струмзростаєекспоненціально з підвищенням напруги.

 

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Одержання вольт-амперної характеристики напівпровідникового випрямляча та її вивчення

1. Скласти схему для зняття вольт-амперної характеристики згідно з рис. 1.18.1. У провідному напрямі схему наведено на рис. 1.18.1а. Струм вимірюється амперметром до .

2. Зняти залежність струму від напруги у провідному напрямі.

3.
У непровідному напрямі вимірювальну схему наведено на рис. 1.18.1б. Зверніть увагу на порядок під’єднання приладів у колі. Джерелом живлення є випрямляч. Струм вимірюється міліамперметром до , напруга – вольтметром до .

4. Зняти залежність оберненого струму від напруги.

5. Побудувати характеристики у лінійних і напівлогарифмічних координатах. У випадку лінійних координат на осях відкладаються струм в і напруга у В, характеристики прямого і оберненого напрямків наносяться на одній координатній сітці, причому прямий струм та напруга вважаються додатними, зворотний струм та напруга – від’ємними. У випадку напівлогарифмічних координат на осі ординат відкладаються натуральні логарифми абсолютних значень зворотного і прямого струму, а на осі абсцис – абсолютна величина напруги у вольтах.

6. З напівлогарифмічної залежності для роботи діода в прямому напрямі з рівняння (1.18.3) знайти параметри та .

 

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Електронно-дірковий перехід у напівпровідниках.

2. Пояснити вольт-амперні характеристики р - n -переходу.

3. Пояснити будову напівпровідникових діодів.

4. Пояснити значення та .

5. Пояснити хід виконання роботи.

6. Пояснити будову і принципи дії використаних у роботі приладів.

7. Пояснити роботу електричних схем.

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1.19

ВИВЧЕННЯ РОБОТИ