Исследование вольт-амперных характеристик полупроводниковых диодов: Методические указания к выполнению лабораторного практикума по дисциплине «Твердотельная электроника»

УДК 621.314.6 (075)

              И89

Рецензент:

к.т.н., доцент заведующий кафедрой                                                   электротехники и электрооборудования, СибГИУ

Кипервассер М.В.

И89 Исследование вольт-амперных характеристик полупроводниковых диодов: Метод. указ./ Сост.: О.А. Игнатенко, Е.В. Кошев: СибГИУ.- Новокузнецк, 2004.-19с., ил.

Рассматриваются вопросы экспериментального исследования       вольт-амперных характеристик полупроводниковых диодов, стабилитронов, стабисторов

Приведены основные технические данные и метрологические характеристики блока характериографа Я4С - 92 осциллографа C1 - 122, необходимые для исследования вольт-амперных характеристик полупроводниковых диодов, стабилитронов, стабисторов, варикапов.

Предназначены для студентов специальности "Промышленная электроника"(200400) всех форм обучения.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Основу полупроводникового диода составляет электронно-дырочный переход (p-n переход), лежащий на границе между двумя полупроводниковыми слоями с разным типом проводимости: электронной и дырочной в едином монокристалле полупроводника (рисунок 1)

Рисунок 1 – Электронно-дырочный p -n переход

Ток через переход пропорционален плотности и площади перехода

I = iS = i₀S (e ^qU/kT - 1) = I₀ (e ^qU/kT - 1),                         (1)

где       I₀ – называют тепловым током насыщения;

U - внешнее приложенное напряжение;

q – заряд электрона;

k – постоянная Больцмана;

T – абсолютная температура, ºК

Статические вольт-амперные характеристики полупроводникового диода показаны на рисунке 2.

Рисунок 2 – Статические вольт-амперные характеристики полупроводникового диода

Уравнение  прямой ветви вольт-амперной характеристики диода:

,                                    (2)

где r_Б  -  омическое сопротивление базы диода.

При обратном напряжении тепловой ток I₀ составляет  часть  обратного  тока p–n–перехода I_ОБР Для теплового тока справедлива зависимость:

 ,                                                      (3)

где ΔТ = Т – Т₀;

 - тепловой ток при температуре Т₀;

α – постоянный коэффициент (для германия α_Ge ≈0.09 К^-1  при Т<350 К, для кремния α_Si ≈0.13 К^-1  при Т<400 К).

Для инженерных расчетов  обратного тока в зависимости от температуры окружающей среды можно пользоваться упрощенным выражением:

 ,                                           (4)

где Т^* - приращение температуры, при котором обратный ток  удваивается (Т^* ≈ 8 – 10  для германия и Т^* ≈ 6 – 7  для кремния)

Статическое сопротивление в любой точке определяется как:

R_ст = U / I= φ_T e_n / I (I / I₀ +1)                                         (5)

Стабилитрон предназначен для работы при обратных напряжениях, превышающих напряжение пробоя перехода. Такой режим  работы становится возможным, если усилить теплоотвод от перехода, ограничить величину обратного тока внешним сопротивлением.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на  рисунке 3.

Рисунок 3 – ВАХ стабилитрона

Стабисторы,  как и стабилитроны, предназначены для  стабилизации напряжения. Однако в отличии от последних в них используется специальная форма прямой ветви вольт-амперной характеристики. Поэтому стабисторы работают  при прямом напряжении и позволяют стабилизировать малые напряжения (0,35 – 1,9 В).

Варикап – это полупроводниковый диод, применяемый в качестве электрического конденсатора, управляемого  напряжением.  В варикапе используется зависимость емкости перехода от обратного  напряжения