Определение параметров и характеристик приборов, работающих на эффектах сильного электрического поля

Минский государственный высший радиотехнический колледж

Лаборатория  ФТТ и ФЭ

Инструкция

по лабораторной работе № 1

«Определение параметров и характеристик приборов, работающих на эффектах сильного электрического поля»

Выполнил: учащийся группы 4571

Проверил:

Минск 1998

Цель работы: определить параметры и снять (ВАХ) стабилитрона и тунельного диода.

Приборы и оборудование: лабораторный блок питания (+5В), миллиамперметр (до 10мА), вольтметр (В7-27А), соединительные провода, кремневый стабилитрон (КС 133Г), тунельный диод (АИ301Б), потенциометр (СП – 3), термостат (ТС – 01).

Краткие теоретические сведения. С ростом напряженности электрического поля проводимость проводника изменяется. В слабых электрических полях зависимость тока через полупроводник от Е подчиняется закону Ома.

i = sЕ

где     [i]_си = А/м²  – плотность тока;

[s]_си  = Ом^-1*  м^-1 — электропроводность полупроводника;

(участок ОА, рисунок 1). Начиная с некоторого значения Е кривой нарастания i прекращается и сменяется уменьшением до того как Е не станет равным Еопр (участок АС). Падение i  с ростом Е прекращается и дальше i растет с повышением напряжения вследствие увеличения концентрации носителя заряда (участок СВ).

 

Рисунок 1.

Появление участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением (АС) связано с тем, что в сильных электрических полях подвижность m носителей заряда уменьшается по закону,

m = m (1- aЕ²)

где [m]_си = А/м² – подвижность в слабых полях; a - коэффициент; независящий от напряженности электрического поля. А энергия электрического поля еще не достаточна для увеличения концентрации носителей заряда.

Существует несколько механизмов повышения концентрации носителей заряда под действием сильного электрического поля:

1.  Эффект Пуля – ударная ионизация атомов электронами в p-n переходах – это явление лавинного пробоя.

2.  Эффект Зинера – электростатическая ионизация или явление тунельного перехода через «перекошенную» запрещенную зону. (в p-n переходах – это тунельный пробой).

3.  Эффект Штарка и термоэлектронная ионизация Френкеля, в p-n переходах возникает явление теплового пробоя.

На явлениях тунельного и лавинного пробоя основано действие стабилитрона, на эффекте Зинера – тунельного диода.

Порядок проведения лабораторной работы.

I.  Собрать схемы, которые ниже приведены.

II.  Провести опыт 1. Снять ВАХ обратной ветви стабилитрона по схеме на рисунке 2. По полученных данным построить ее график, по результатам опыта определить параметры: U_ст; I_ст.min; r_ст = DU_ст/ DI_ст.

 

Рисунок 2. Схема для измерения ВАХ стабилитрона. (VD1 КС133Г, U_ст=3,3В; I_ст=5мА; r_ст=150 Ом; I_ст.min=1мА; I_ст.max=37,5мА;)

		Рисунок 3. ВАХ стабилитрона.

 

III.  Провести опыт 2. Снять ВАХ прямой ветви тунельного диода по схеме на рисунке 4. По полученным данным построить ее график; по результатам опыта определить следующие параметры: U_п ;U_в ; I_п ; I_в ; U_рр ; I_п/I_в.

 

Рисунок 4. Схема для измерения ВАХ тунельного диода. (VD1 АН301Б; U_п = 180мВ; I_п = 5мА;  U_рр = (0,85…1,15)В; I_п/I_в = 8)

 

Рисунок 5. ВАХ тунельного диода.

IV.  Провести опыт. Снять ВАХ прямой ветви тунельного диода       и стабилитрона в зависимости от температуры. Проделать все по схеме на рисунке 6. По полученным данным построить ее график; по результатам опыта построить ВАХ. На рисунке 8 приведена схема термостата ТС – 01.

 

Рисунок 6. Схема для исследования ВАХ при воздействие температуры.

Схема блока питания (БП, БП1, БП2).

 

Рисунок 7. – Схема блока питания

V.  Разобрать схему, предварительно обесточив ее от сети.

VI.  Составить отчет по работе.

Литература

1.  Гершунский Б.С. Основы электроники и микроэлектроники. – К.: Высшая школа, 1989;

2.  Пасынков В.В., и другие. Полупроводниковые приборы. – М.: Высшая школа, 1987.

3.  Галкин В.И. и др. Полупроводниковые приборы. – Мн.: Беларусь, 1987.

4.  Фрумкин Г.Д. Расчет и конструкция радиоаппаратуры. – М.: Высшая школа, 1968.

5.  Лавриенко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам.  – Киев: Техника, 1984.