Исследование полупроводникового диода: Методические указания по лабораторной работе по дисциплине "Электроника"

1.  ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Целью работы является изучение свойств диодов плоскостного и точечного типов. В работе снимается вольтамперные характеристики и определяются параметры диодов в широком диапазоне частот.

2.  Краткие сведения из теории.

Работа полупроводниковых диодов основана на свойствах p-n перехода, который образуется на границе раздела областей полупроводника с дырочной и электронной проводимостью. Условия образования p-n перехода и анализ его свойств подробно изложены 2 [1, с. 42-75], [2, с.224-271].

Наличие контактной разности потенциалов в p-n переходе при отсутствии внешнего поля препятствует диффузионному движению основных  и содействует дрейфу неосновных носителей через электронно-дырочный переход. В результате устанавливается динамическое равновесие, при котором ток, создаваемый за счет диффузионного движения, уравновешивается дрейфовым током. Результирующий ток через переход в равновесном состоянии равен нулю.

Подведение напряжения от внешнего источника к электронно - дырочному переходу изменяет поле перехода. Если внешнее напряжение включено согласно с контактной разностью потенциалов, то потенциальный барьер возрастает, диффузионное движение основных носителей прекращается. Неосновные же носители будут проходить через электронно - дырочный переход беспрепятственно, создавая обратный ток перехода. При встречном включении внешнего напряжения потенциальный барьер уменьшается, вследствие чего диффузионное движение основных носителей увеличивается и через p-n переход протекает прямой ток.

Существует две разновидности полупроводниковых диодов: плоскостные и точечные. Первые обладают значительной площадью p-n перехода и применяются для выпрямления больших токов при сравнительно низких частотах. Вторые имеют очень малую площадь перехода и используются для выпрямления малых токов в широком диапазоне частот.

3.  Порядок выполнения работы на лабораторном стенде.

Используемая в работе лабораторная установка, состоит из двух модулей: базового  и лабораторного..

Включение установки производится нажатием выключателя, расположенного на базовом модуле  в верхнем левом углу в положение «вкл».

Подготовка установки к работе производится в следующем порядке:

На базовом модуле

1.  Включить мультиметр 1.

2.  Вольтметр 1 переключить в режим измерения постоянного тока – U_.

3.  Включить генератор низкой частоты.

4.  Переключить генератор низкой частоты в режим генерирования синусоидальных импульсов.

5.   Включить источник напряжения Е1.

6.  На источнике напряжения Е1 нажать кнопку 100 мА.

На лабораторном модуле:

1.  На источнике напряжения Е1 установить выключателем предел 1В.

2.  На источнике напряжения Е1 установить пеерключатель полярности вниз.

3.  На генераторе НЧ установить аттенюатор в положение 1:100.

3.1.  Исследование характеристик полупроводниковых диодов.

Схема исследования диодов показана на рис. 1.

Для снятия прямой ветви статической характеристики диода собрать принципиальную схему, показанную на рис. 2

На диод должно подаваться прямое смещения от источника питания. При снятии характеристик диодов, обязательно отметить значения напряжений, при которых появляются прямой и обратные токи.

Рисунок 1

Рис. 2

Изменяя напряжение источника питания Е1 снять прямую ветвь статической характеристики диода.

Результаты внести в  таблицу 1. Изменение напряжение производить с шагом 0,05 В.

Выполнить аналогичные измерения для диода другого типа и внести их в таблицу 1.

Таблица 1

Тип диода
U, В	0	0,05	0,1	0,15	…..	0,55	0,6	0,65	0,7
I, мА

Для исследования обратной ветви статической характеристики диодов на диод надо подать обратное смещение от источника питания (рис. 1). Для этого на схеме необходимо перевернуть диод.

Установить предел  для  источника напряжения Е1 равным 10В. Изменяя напряжение источника снять обратную ветвь характеристики. Изменения напряжения производить с шагом 0,1В. Результаты измерений занести в таблицу 2.

Таблица 2.

Тип диода
U, В	0,7	0,8	0,9	1	…..
I, мА

3.2.  Исследование частотных свойств диода.

Собрать схему, показанную на рисунке 3.

R1(1)=100 Ом, R2 (2)= 1000 Ом. Изменяя частоту генератора НЧ снять осцилограммы при частотах 40 кГц, 65 кГц, 100кГц, 160кГц, 250кГц для

каждого типа диода.

4.  Обработка материалов измерений.

По данным измерений таблицы 1, 2 построить вольт-амперные характеристики исследуемых диодов.

Определить прямое r_пр =     U_пр/    I_пр  и обратное r_обр =     U_обр/    I_обр  дифференциальные сопротивления диодов.

Рис. 3

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ на ПК

Лабораторная работа выполняется при помощи пакета программ Workbench EDA 5.0. Для выполнения л.р. необходимо: