Исследование свойств полупроводникового выпрямителя

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 31

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

 

Цель работы: ознакомиться с принципом рабо­ты полупроводникового диода и получить его вольтамперную характеристику.

Приборы: источник тока, полупроводник, потенциометр, два миллиамперметра, переключатель, провода.

Т е о р и я м е т о д а

По своим электрическим свойствам твердые тела разделяются на проводники, полупроводники и диэлектрики. Хоро­шая проводимость проводников обусловлена высокой концентрацией свободных электронов. В полупроводниках количество свободных электронов при обычных условиях ничтожно мало, но при внешних воздействиях значительно увеличивается. Проводимость полупроводников объясняется зонной теорией. Каждый электрон в атоме располагается на определенном энергетическом уровне и может иметь только определенное значение энергии. При образовании кристалла из отдельных атомов энергетические уровни электронов сближаются, обра­зуя энергетическую зону. Зоны дозволенных значений энергии отделяются друг от друга зонами запрещенных значений энергии (рис. I)

Для полупроводников ширина запрещенных зон лежит в пределах 0,1-1,3 эВ. Первая зона целиком за­полнена электронами. Вторая зона тоже заполнена, но более слабо связанными электрона­ми, следующая зона может быть свободна от электронов. Она называется зоной проводимости.

Под влиянием внешнего поля электрон может перейти на более высокий энергетический уровень, т.е. в зону проводимости. Свободное место, оставшееся после ухода электрона, играет роль положительного заряда и называется "дыркой". Эта дырка заполняется очередным электроном, в результате появляется оче­редная дырка. Происходит встречное движение электронов и дырок, образующих собственную проводимость полупроводников. Полупроводниками являются кремний (Si), германий (Ge), мышьяк (As), селен (Se), теллур (Te) и другие.

Кроме полупроводников с собственной проводимостью, сущест­вуют примесные полупроводники. Наличие примесей меняет свойства полупроводников. Примесь, имеющая валентность на единицу больше, чем основной кристалл, отдает электроны. Они называются электронами-донорами. Если валентность примеси на единицу ме­ньше валентности основного кристалла, то примеси присоединяют к себе электроны основного кристалла. Они называются акцепто­рами. Примеси вносят в запрещенную зону донорные и акцепторные уровни, в результате ширина запрещенной зоны уменьшается. Соответственно эти полупроводники называются донорными (n-типа) и акцепторными (р-типа) (рис.2).

 

 

рис.2 рис.3

 

Контакт между полупроводниками n-p типа создает одностороннюю проводимость. Такие полупроводники используются в качестве выпрямителей. В месте контакта двух полупроводников за счет диффузии электронов образуется внутренняя разность потенци­алов, препятствующая дальнейшему движения электронов (рис.3).

Если к полупроводнику n - типа подать положительный потенциал, а к полупроводнику р-типа отрицательный потенциал, то свободные носители зарядов из объемов полупроводников будут уходить от контактного слоя. Приконтактный слой объединяется носителями зарядов и его сопротивление возрастает, а ток практически стремится к нулю. При изменении полярности приконтактный слой заполняется зарядами, а ток возрастает, т.е. контакт на границе двух полупроводников n-p -типа обладает выпрямляющим действием.

Вольт-амперная характеристика (зависимость силы тока от напряжения), полупроводникового диода показана на рис.4. По оси Х откладываем напряжение, по оси У силу тока.

 

Порядок работы

 

1. Собрать электрическую схему.

2. Определить цену деление приборов.

3. Поставить переключатель П в положение прямой ток (клемма 1-2).

4. Изменяя потенциометром напряжение на полупроводнике записать показания миллиамперметра 1.

5. Переключателем П изменить направление тока в положение обратный ток (клемма 3-4) и повторить те же измерения. Ток записывать по микроамперметру 2.

6. Проделать те же измерения для другого полупроводника.

7. Данные занести в таблицу и по полученным измерениям построить вольт-амперную характеристику. Оба графика построить на одной координатной сетке.

 

Таблица

 

медно-закисный	селеновый
Uпр	Iпр	Uобр	Iобр	Uпр	Iпр	Uобр	Iобр

 

Контрольные вопросы

 

1. Чем отличается проводник от полупроводника и диэлектрика по своим электрическим свойствам?

2. Объяснить модель полупроводника с точки зрения зонной теории.

3. Объяснить собственную и примесную проводимость полу-проводников.

4. Объяснить выпрямляющее действие контакта на границе двух полупроводников п-р типа.

5. Начертить вольт-амперную - характеристику полупроводникового диода.