Полупроводниковые приборы

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Автоматики

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

«Полупроводниковые приборы»

Вариант 4

Выполнили студенты гр. АМ-709

Астафьев С.С., Кравченко И.И., Чугунов М.В.

Преподаватель: Мальцев В.А.

Новосибирск

2009

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение полупроводниковых приборов

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ ВАХ ДИОДА

Схема 1. Прямое включение диода D1N4937GP.

Таблица 1. D1N4937GP

E,В	0,3	0,5	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Iд,мА	0,08467	0,2873	1,071	2,905	4,821	6,765	8,723	10,96	12,66	14,64	16,61	18,6
Uд, мВ	257,7	356,4	464,7	547,3	589,3	617,5	638,6	655,6	669,7	681,8	692,4	701,9

График 1. Прямая ветвь ВАХ диода D1N4937GP

Схема 2. Прямое включение диода SB360.

Таблица 2. SB360

E, В	0,3	0,5	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Iд,мВ	0,3737	0,7064	1,614	3,523	5,471	7,435	9,407	11,38	13,37	15,35	17,34	19,32
Uд,мВ	113,2	146,8	193,1	238,4	264,3	282,5	296,4	307,7	317,2	325,5	332,7	339,2

График 2. Прямая ветвь ВАХ диода SB360

Схема 3. Обратное включение диода D1N4937GP.

Таблица 3. D1N4937GP.

E,мВ	10	20	50	100	200	500	700	800	1000	2000	5000
I,мкА	0,44	0,831	1,767	2,752	3,6	3,965	4,001	4,014	4,037	4,139	4,44
U,мВ	9,78	19,58	49,12	98,62	198,2	498	698	798	998	1998	4998

График 3. Обратная ветвь ВАХ диода D1N4937GP.

Схема 4. Обратное включение диода SB360.

Таблица 4. SB360

E,мВ	10	20	50	100	200	500	700	800	1	2	5
I,мкА	6,87	13,24	29,43	47,55	62,04	65,76	65,9	65,94	65,98	66,09	66,4
U,мВ	6,565	13,38	35,28	76,23	169	467,1	667	767	967	1967	4967

График 4. Обратная ветвь ВАХ диода SB360

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ ВАХ СТАБИЛИТРОНА.

Схема 5. Обратное включение стабилитрона.

Таблица 5.

E,мВ	0,3	0,5	1	2	3	4	5	6	6,1	6,3
I,мкА	99,87	100	100,1	100,2	100,3	100,4	100,5	100,6	169,5	506,1
U,В	0,25	0,45	0,95	1,95	2,95	3,95	4,95	5,95	6,015	6,047

6,5	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
870,7	1814	3738	5678	7623	9573	11520	13480	15430	17390	19340
6,065	6,093	6,131	6,161	6,188	6,214	6,238	6,262	6,285	6,307	6,33

График 5. Обратная ветвь ВАХ стабилитрона.

3. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Схема 6. Параметрический стабилизатор напряжения.

Таблица 6.

R-нагрузки, Ом	I-нагрузки, мА	U-нагрузки, В	I-стаб, мА	I-сумм, мА
100	49,92	4,992	0,1	50,02
300	21,28	6,383	24,11	45,39
1000	6,537	6,537	38,34	44,88

График 6. Нагрузочная характеристика.

2. СНЯТИЕ ОСЦИЛЛОГРАММЫ ДИОДНОГО ОГРАНИЧИТЕЛЯ.

Схема 6. Диодный ограничитель.

Рисунок 1. Осциллограмма входного и выходного напряжения.

РАСЧЁТ

Таблица 7. Результаты расчетов ВАХ диодов.

	Епр, мВ	Rпр1, Ом	rпр1, Ом	Rпр2, Ом	rпр2, Ом	Rобр, кОм	rобр, МОм	Iобр, мкА
Si D1N4937GP	597	45	5,2	830	134	705	8,57	4,25
Ge SB360	268	21,6	3,73	262	114	45,5	10	66

Таблица 8. Результаты расчета обратной ветви ВАХ стабилитрона.

Uст, В	R1, кОм	r1, МОм	R2, Ом	r2, Ом
6,11	30	10,17	418	11,33

ВЫВОД

1.         Экспериментальное построение ВАХ диода.

При прямом включении диодов D1N4937GP  и SB360 на их вольт-амперных характеристиках видно различие в напряжении «пятки» диодов, что объясняется различием полупроводниковых материалов, из которых изготовлены диоды. При обратном включении диодов на ВАХ наблюдается различие в величине их теплового тока. При этом для одного диода характерно, что, чем больше его «пятка», тем меньше тепловой ток. Это соответствует формуле: Uд=φтln((Iд+Io)/Io). Проанализировав оба графика, приходим к выводу, что диод SB360  – германиевый, а D1N4937GP  – кремниевый, так как «пятка» SB360 меньше «пятки» D1N4937GP, а для теплового тока наблюдается обратное соотношение.

При прямом включении сопротивление постоянному току определяется по формуле Rпр= Uд/Iд. Таким образом, сопротивление будет расти с уменьшением прикладываемого к диоду напряжения (диод будет приближаться к закрытому состоянию). У разных диодов при одинаковом приложенном напряжении сопротивление постоянному току будет больше у того, у которого меньше значение теплового тока.

При прямом включении сопротивление переменному току определяется по формуле rпр=dU/dI= φт/ (Iд+Io). Следовательно, сопротивление растёт с уменьшением протекающего через диод тока, а у разных диодов при одинаковом протекающем токе сопротивление переменному току будет больше у того, у кого меньше значение теплового тока.

Сопротивление постоянному току при обратном включении определяется по закону Ома, и, следовательно, должно быть велико, так как при больших напряжениях ток практически не меняется и остаётся равным тепловому току. Поэтому при одинаковом приложенном напряжении, сопротивление будет больше у того диода, у которого меньше значение теплового тока.

Сопротивление переменному току при обратном включении определяется по формуле: rпр=dU/dI= φт/ (Iд+Io). Так как φт~26 мВ, а Iд~Io, сопротивление переменному току будет больше, чем постоянному. А при прочих равных условиях оно будет больше у диода с меньшим тепловым током.

Описанные выше закономерности подтверждаются экспериментальными данными:

Rпр1 (Ge) < Rпр1 (Si)

Rпр2 (Ge) < Rпр2 (Si)

Rобр (Ge) < Rобр (Si)

Статическое сопротивление обоих диодов в первой рабочей точке меньше, чем во второй:

Rпр1 (Ge) < Rпр2 (Ge)

Rпр1 (Si) < Rпр2 (Si)

Это объясняется тем, что в верхней части ВАХ (где находится первая точка) при небольшом увеличении напряжения ток меняется значительно, и, следовательно, сопротивление оказывается сравнительно небольшим; а в нихней части прямой ветви ВАХ (вторая точка) наоборот, при значительном увеличении напряжения ток меняется меньше, и сопротивление получается большим.

Исходя из экспериментальных данных, для обоих диодов величина статического сопротивления больше соответствующего (в той же рабочей точке) динамического (дифференциального) сопротивления при прямом смещении:

Rпр1 > rпр1

Rпр2 > rпр2

При обратном смещении для обоих диодов величина статического сопротивления меньше динамического (в соответствующих рабочих точках