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

Цель работы : исследование характеристик полупроводникового диода (ППД). Оценка погрешности измерений и вычисление параметров ППД.

Приборы и материалы: Для выполнения лабораторной работы используется экспериментальный стенд, амперметр, вольтметр, полупроводниковый диод любого типа, источник питания.

Эксперементальный стенд выполнен в виде платы, по периметру которой размещены потенциометры RP1, RP2 и тумблеры SA1, SA2,SA3.

RP1 используется для грубой установки напряжения, RP2 – для более плавной. Амперметр и вольтметр используются соответственно для измерения тока, протекающего через диод, и напряжения, приложенного к нему.

Диод VD1 (маломощный германиевый диод) подключают к источнику питания через токоограничивающий резистор R1.

Методика выполнения эксперимента.

Последовательность выполнения работы

1.  Установить движки обоих потенциометров в крайнее нижнее положение, когда ток и напряжение имеют нулевые значения.

2.  Для прямого включения диода установить переключатель SA1 в нижнее положение.

3.  Установить движок RP2 в середину

4.  Постепенно перемещая движок потенциометра RP1, измерить ток и напряжение (не мение 10 измерений).

5.  Для обратного включения диода установить переключатель SA1 в верхнее положение. Повторить пункты 3,4ю

6.  Показания приборов занести в таблицу 1.

Таблица 1.Результаты эксперимента

№ п/п	Прямое включение		Обратное включение
	Uпр, В	IA, A10-3	Uобр, В	IA, A10-6
1	0,05	0,04	0.5	11
2	0,1	0,17	1	16
3	0,15	1,6	1,5	24
4	0,2	3	2	30
5	0,25	7	2,5	37
6	0,3	15	3	50
7	0,35	20	3,5	64
8	0,4	60	4	107
9	0,45	110	4,5	140
10	0,5	180	5	200

Обработка результатов измерений.

1.  Вычисление тока через диод. В данной схеме диод и вольтметр включены параллельно, а амперметр с ними последовательно, поэтому ток через диод находим по формуле :

 ,

где  I_A– показания амперметра, A;

I_d– ток через диод, A;

I_V - ток через вольтметр, A.

 ,

где R_V  - сопротивление вольтметра (указано на приборе ), Ом.

 .

Данные вычисления заносятся в таблицу 2.

Таблица 2. Расчетные параметры.

№ п/п	Прямое включение				Обратное включение
	Uпр, В	IA, A10-3	IV, A10-3	Id, A10-3	Uобр, В	IA, A10-6	IV, A10-6	Id, A10-6
1	0,05	0,04	0,25	0,21	0.5	11	0,0025	10,998
2	0,1	0,17	0,5	0,33	1	16	0,005	15,995
3	0,15	1,6	0,75	0,85	1,5	24	0,0075	23,99
4	0,2	3	1	2	2	30	0,01	29,99
5	0,25	7	1,25	5,75	2,5	37	0,0125	36,988
6	0,3	15	1,5	13,5	3	50	0,015	49,985
7	0,35	20	1,75	18,25	3,5	64	0,0175	63,983
8	0,4	60	2	58	4	107	0,02	106,98
9	0,45	110	2,25	107,75	4,5	140	0,0225	139,98
10	0,5	180	2,5	177,5	5	200	0,025	199,998

Расчеты смотреть в приложении 1

2.  Построение ВАХ диода. По данным таблицы 2, построить график

зависимости силы тока от напряжения   и .

3.  Расчет дифференциального сопротивления диода. Определите по экспериментальной ВАХ диода значения дифференциального сопротивления для всех точек измерений:

 , то есть   =

Где

U_d’ – это среднеарифметическое значение напряжения, которое вычисляется по формуле:

…

Данные вычисления заносим в таблицу 3.

Таблица 3.Расчетные значения дифференциального сопротивления диода.

№ п/п	Прямое включение		Обратное включение
	,Ом	Ud’,B	, Ом106	Ud’,B
1	416,7	0,075	0,1	0,75
2	96,2	0,125	0,083	1,25
3	43,5	0,175	0,072	1,75
4	13,3	0,225	0,055	2,25
5	10,5	0,275	0,038	2,75
6	6,5	0,325	0,026	3,25
7	1,3	0,375	0,015	3,75
8	1	0,425	0,012	4,25
9	0,7	0,475	0,008	4,75

Расчеты смотреть в приложении 2

4.  Построение . По данным таблицы 3, построить график зависимости дифференциального сопротивления диода от приложенного напряжения.

5.  Расчет погрешности измерений.

Измерения всегда сопровождаются погрешностью, обусловленной рядом известных и неизвестных причин.

Определите абсолютную погрешность измерений:

 

где 

 – относительная погрешность (КТП). КТП = 1.5%

ΔR_i =

Данные вычисления заносим в таблицу 4.

Таблица 4. Результаты расчета погрешностей измерений.

№ п/п	Прямое включение					Обратное включение
	Ud’,B	I’,мА	ΔU, B	ΔI, A10-3	ΔR, Ом	Ud’,B	I’, мкА	ΔU, B	Δ I, A10-6	ΔR, Ом
1	0,075	0,21	0,0011	0,003	0,0016	0,75	10,998	0,011	0,165	0,017
2	0,125	0,33	0,0019	0,005	0,0027	1,25	15,995	0,19	0,24	0,028
3	0,175	0,85	0,0026	0,013	0,0037	1,75	23,99	0,36	0,36	0,038
4	0,225	2	0,0034	0,03	0,0048	2,25	29,99	0,45	0,45	0,048
5	0,275	5,75	0,0041	0,086	0,0058	2,75	36,988	0,55	0,55	0,058
6	0,325	13,5	0,0049	0,203	0,0069	3,25	49,985	0,75	0,75	0,071
7	0,375	18,25	0,0056	0,274	0,0079	3,75	63,983	0,96	0,96	0,08
8	0,425	58	0,0064	0,87	0,0091	4,25	106,98	1,605	1,605	0,092
9	0,475	107,75	0,0071	1,616	0,01	4,75	139,98	2,1	2,1	0,1

Расчеты смотреть в приложении 3

Вывод