Исследование характеристик полупроводникового диода. Оценка погрешности измерений и вычисление параметров ППД, страница 2

 При выполнении работы мы познакомились с принципом работы полупроводникового диода и его включением в электрическую цепь, а также измерили его основные параметры и рассчитали дифференциальное сопротивление  при различных значениях напряжения. Нами была построена вольт-амперная характеристика диода (т.е. зависимость тока через диод от напряжения на нем), используя измеренные значения тока и напряжения, и зависимость дифференциального сопротивления диода от  напряжения используя рассчитанные значения. В результате произведенных измерений и вычислений мы убедились, что:

- прямой ток через диод намного больше обратного, то есть диод пропускает ток преимущественно в одном направлении;

- ток через диод изменяется при изменении напряжения по нелинейному закону вблизи 0 и линейно при больших напряжениях;

- дифференциальное сопротивление диода вблизи 0 (на нелинейном участке вольт-амперной характеристики) зависит от приложенного напряжение, а при больших напряжениях (на линейном участке) постоянно;

- при изменении полярности приложенного напряжения дифференциальное сопротивление диода меняется на несколько порядков;

- диод представляет собой электронный ключ с 2 состояниями (характеризующимися существенно различными дифференциальными сопротивлениями), переключающийся при измени полярности приложенного напряжения; конечным состояниям ключа соответствуют области  с постоянным (не зависящим от напряжения) дифференциальным сопротивлением; промежуточное состояние ключа (во время переключения) соответствует области с нелинейно зависимостью тока от напряжения.

Таким образом, можно использоваться диод либо как ключ, пропускающий ток только в одном направлении, используя линейные участки ВАХ, либо как нелинейный элемент, используя нелинейный участок вольт-амперной характеритистики.

Приложение 1

Вычисление тока через диод.

RV = 200Ом

Определим ток через вольтметр IV для всех измерений:

Прямое включение                                      Обратное включение

IV1 = 0,05/200 = 0.25(A10-3);                        IV1  = 0.5/200 = 0,0025 (A10-6);

IV2 = 0,1/200 = 0,5(A10-3);                            IV2 = 1/200 = 0,005 (A10-6);

IV3 = 0,15/200 = 0,75 (A10-3);                       IV3 = 1,5/200 = 0,0075 (A10-6);

IV4 = 0,2/200 = 1 (A10-3);                              IV4 = 2/200 = 0,01 (A10-6);

IV5 = 0,25/200 = 1,25 (A10-3);                       IV5 = 2,5/200 = 0,0125 (A10-6);

IV6 = 0,3/200 = 1,5 (A10-3);                           IV6 = 3/200 = 0,015 (A10-6);       

IV7 = 0,35/200 = 1,75 (A10-3);                                 IV7 = 3,5/200 = 0,0175 (A10-6);

IV8 = 0,4/200 = 2 (A10-3);                              IV8 = 4/200 = 0,02 (A10-6);

IV9 = 0,45/200 = 2,25 (A10-3);                       IV9 = 4,5/200 = 0,0225 (A10-6);

IV10 = 0,5/200 = 2,5 (A10-3).                          IV10 = 5/200 = 0,025 (A10-6).

Определим ток через диод Id для всех измерений:

Прямое включение                                      Обратное включение

Id1 = 0,04 –0,25= 0,21 (A10-3);                  Id1 = 11– 0,0025= 10,998 (A10-6);       

Id2 = 0,17–0,5= 0,33(A10-3);                        Id2 = 16 – 0,005= 15,995 (A10-6);

Id3 = 1,6–0,75 = 0,85 (A10-3);                      Id3 = 24 – 0,0075= 23,99 (A10-6);

Id4 = 3 –1= 2(A10-3);                                    Id4 = 30 – 0,01= 29,99 (A10-6);

Id5 = 7 – 1,25= 5,75 (A10-3);                         Id5 = 37 – 0,0125= 36,988 (A10-6);

Id6 = 15 –1,5= 13,5 (A10-3);                          Id6 = 50 – 0,015= 49,985 (A10-6);

Id7 = 20 – 1,75 = 18,25 (A10-3)  ;                   Id7 = 64– 0,0175= 63,983 (A10-6);

Id8 = 60 – 2 = 58(A10-3);                                Id8 = 107– 0,02= 106,98 (A10-6);

Id9 = 110– 2,25= 107,75 (A10-3);                   Id9 = 140 –0,0225= 139,98 (A10-6);

Id10 = 180 – 2,5= 177,5 (A10-3) .                    Id10 = 200 –0,025 = 199,998 (A10-6).

Приложение 2

Расчет дифференциального сопротивления диода.

Прямое включение                                    Обратное включение

 103=416,7 (Ом) Rдиф1 = 106=0.1(Ом106)

Rдиф2 = 103=96,2 (Ом)                   Rдиф2 = 106=0,083 (Ом106)

Rдиф3 = 103=43,5 (Ом)                     Rдиф3  = 106=0,072 (Ом106)

Rдиф4 = 103=13,3 (Ом)                     Rдиф4 = 106=0,055 (Ом106)                                     

Rдиф5 = 103=10,5 (Ом)                    Rдиф5 = 106=0,038 (Ом106)

Rдиф6 = 103=6,5 (Ом)                    Rдиф6 = 106=0,026 (Ом106)

Rдиф7 = 103=1,3 (Ом)                      Rдиф7 = 106=0,015 (Ом106)

Rдиф8 = 103=1 (Ом)              Rдиф8 = 106=0,012 (Ом106)

Rдиф9 = 103=0.7(Ом)                  Rдиф9 = 106=0,008 (Ом106)

Вычисление среднеарифметического значения напряжения Ud

Прямое включение                                    Обратное включение

   Ud1’ = =0,075 (В)                            Ud1’ = =0,75 (В)

   Ud2’ = =0,125 (B)                            Ud2’ = =1,25 (B)

   Ud3’ = =0,175 (B)                            Ud3’ = =1,75 (B)

   Ud4’ = =0,225 (B)                            Ud4’ = =2,25 (B)

   Ud5’ = =0,275 (B)                            Ud5’ = =2,75 (B)

   Ud6’ = =0,325 (B)                            Ud6’ = =3,25 (B)

   Ud7’ = =0,375 (B)                            Ud7’ = =3,75 (B)

   Ud8’ = =0,425 (B)                            Ud8’ = =4,25 (B)

   Ud9’ = =0,475 (B)                            Ud9’ = =4,75 (B)

Приложение 3

Расчет погрешности измерений.

Абсолютная погрешность измерений:

ΔUi = U’di ∙ δ,       ΔIi = I’i ∙ δ,

Где       U’di  - среднеарифметическое значение напрояжения , В;

             I’i – ток, который находим из графика ВАХ для U’di, А;

             δ – относительная погрешность (КТП).

КТП 98,5%

Прямое включение                                      Обратное включение

ΔUd1’ = 0,075*0.015=0,0011 (B)                  ΔUd1’ = 0,75*0.015=0,011 (B)

ΔUd2’ = 0,125*0.015=0,0019 (B)                  ΔUd2’ = 1,25*0.015=0,19 (B)

ΔUd3’ = 0,175*0.015=0,0026 (B)                  ΔUd3’ = 1,75*0.015=0,36 (B)

Ud4’ = 0,225*0.015=0,0034 (B)                    ΔUd4’ = 2,25*0.015=0,45 (B)

ΔUd5’ = 0,275*0.015=0,0041 (B)                  ΔUd5’ = 2,75*0.015=0,55 (B)

ΔUd6’ = 0,325*0.015=0,0049 (B)                  ΔUd6’ = 3,25*0.015=0,75 (B)

ΔUd7’ = 0,375*0.015= 0,0056 (B)                 ΔUd7’ = 3,75*0.015=0,96 (B)

ΔUd8’ = 0,425*0.015=0,0064 (B)                  ΔUd8’ = 4,25*0.015=1,605 (B)

ΔUd9’ = 0,475*0.015=0,0071 (B)                  ΔUd9’ = 4,75*0.015=2,1 (B)

Прямое включение                                      Обратное включение

ΔI1 = 0,21*0.015*10-3 = 0,003 (мА)             ΔI1 = 10,998*0.015*10-6 =0,165 (мкА)

ΔI2 = 0,33*0.015*10-3 = 0,005 (мА)             ΔI2 = 15,995*0.015*10-6 =0,24 (мкА)

ΔI3 = 0,85*0.015*10-3 = 0,013 (мА)             ΔI3 = 23,99*0.015*10-6 = 0,36 (мкА)

ΔI4 = 2*0.015*10-3 = 0,03 (мА)                    ΔI4 = 29,99*0.015*10-6 =0,45 (мкА)

ΔI5 = 5,75*0.015*10-3 = 0,086 (мА)             ΔI5 = 36,988*0.015*10-6 =0,55 (мкА)

ΔI6 = 13,5*0.015*10-3 = 0,203 (мА)             ΔI6 = 49,985*0.015*10-6 =0,75 (мкА)

ΔI7 = 18,25*0.015*10-3 = 0,274 (мА)           ΔI7 = 63,983*0.015*10-6 =0,96(мкА)

ΔI8 = 58*0.015*10-3 =0,87 (мА)                   ΔI8 = 106,98*0.015*10-6 =1,605 (мкА)

ΔI9 = 107,75*0.015*10-3 = 1,616 (мА)         ΔI9 = 139,98*0.015*10-6 =2,1(мкА)

ΔRi =

Так как погрешность одинакова (амперметр и вольтметр – мультиметры одной модели) получаем: 

ΔRi =

Прямое включение                            Обратное включение

ΔR1 = = 0,0016 (Ом)          ΔR1 = =0,017 (Ом)

ΔR2 = =0,0027 (Ом)           ΔR2 = =0,028 (Ом)

ΔR3 = =0,0037 (Ом)           ΔR3 = =0,038 (Ом)

ΔR4 = =0,0048 (Ом)           ΔR4 = =0,048 (Ом)

ΔR5 = =0,0058 (Ом)           ΔR5 = =0,058 (Ом)

ΔR6 = =0,0069 (Ом)           ΔR6 = =0,071 (Ом)

ΔR7 = =0,0079 (Ом)           ΔR7 = = 0,08 (Ом)

ΔR8 = = 0,0091 (Ом)          ΔR8 = = 0,092 (Ом)

ΔR9 = = 0,01 (Ом)              ΔR9 = =0,1 (Ом)