Исследование полупроводниковых выпрямительных диодов и оптоэлектронной пары. Принцип действия. Измерение вольтамперных характеристик (ВАХ) выпрямительных диодов (германиевого и кремниевого)

Санкт-Петербургский государственный горный институт

(технический университет)

Кафедра автоматизации производственных процессов

Лабораторная работа № 1

«ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ В1ЫПРЯМИТЕЛЬ

НЫХ  ДИОДОВ И ОПТОЭЛЕКТРОННОЙ ПАРЫ»

Санкт-Петербург

2003

Цель работы:  изучение принципа действия, приобретение навыка снятия статических характеристик, сравнительная оценка характера проводимости и других свойств исследуемых диодов: выпрямительных; свето -  и фотодиода, входящих в состав оптопары.

Методика выполнения работы

Предлагаемые для исследования полупроводниковые приборы смонтированы на внутренней стороне панели. Общая электрическая принципиальная схема изображена на её лицевой стороне. Для подключения источников питания и измерительных приборов на панели встроены  соответствующие гнёзда.

Для регулирования уровней напряжений служат потенциометры  R1 и R2  (смотрите панель на стенде). Выбор конкретного полупроводникового прибора для исследования осуществляется с помощью тумблеров  SA1 … SA4  - включенное состояние соответствует положению клювика "вверх". В исходном состоянии клювики тумблеров должны находиться в нижнем положении, а ручки потенциометров - повёрнуты до упора против часовой стрелки.

Подключение источников питания и приборов производите с помощью гибких проводников с однополюсными вилками, когда стенд обесточен.

Прежде, чем приступить к выполнению лабораторной работы, изучите соответствующий теоретический материал по учебникам, пособиям и лекции. Только в этом случае лабораторные исследования будут осознанными и приведут к более глубокому пониманию и прочным знаниям.

Вспомните, что такое статическая ВАХ диода и как её снимают экспериментально. Обдумайте опыты, которые предстоит проделать. Заготовьте таблицы для регистрации и оформления результатов.

Для выполнения лабораторной работы необходимо собрать электрические цепи по приведённым схемам исследования предлагаемых полупроводниковых приборов: германиевого и кремниевого выпрямительных диодов, оптоэлектронной пары (светодиод - фотодиод).

При снятии прямой и обратной ветвей статических ВАХ каждого диода мы будем пользоваться разными схемами. Это связано с тем, что при снятии прямой ветви ВАХ  диода удобнее задавать в качестве независимой переменной  прямой ток  и измерять напряжение на диоде (рис.1). При снятии обратной  ветви  ВАХ диода удобнее задавать  напряжение  и измерять ток (рис. 2).

Подключение конкретного диода к цепи производите соответствующим тумблером , остальные диоды должны быть обязательно отключены.

Обратите внимание на то, что при измерении прямого тока и напряжения используются миллиамперметр и милливольтметр, а при измерении обратного тока и напряжения - микроамперметр  и вольтметр, причём вольтметр включён так, чтобы его входное сопротивление не шунтировало диод, обладающий очень высоким сопротивлением обратному току. Правильно выбирайте  сами приборы и пределы измерения!

ПРОГРАММА  ВЫПОЛНЕНИЯ  РАБОТЫ

1.  Измерение вольтамперных характеристик (ВАХ) выпрямитель

ных диодов (германиевого и кремниевого)

1.1.  Снятие прямых ветвей ВАХ

1.1.1. Соберите цепи согласно схеме рис.1. Обозначения элементов на схемах соответствуют макету лабораторного стенда. Ограничивающий ток резистор  R_доб  уже подключён внутри макета. 

Приборы:  РА1 - вольтамперметр М2051, гнёзда  " - "  и   "V А", предел измерения 30 мА (7,5 мА х 4). Показания прибора необходимо делить на 5; PV2 - вольтметр В7 - 26, гнездо "U"  и " звёздочка", переключатель рода работы в положение  " + U", переключатель предела измерения  "1V", отсчёт по самой верхней оцифрованной шкале 0 . . .  10. Каждое малое деление равно  0,02В = 20 мВ, вся шкала 1000 мВ.

На потенциометр  R1 подаётся питание с блока УНИП7А. Напряжение снимайте с источника 1, предел регулирования напряжения установите "0-10" вольт  нажатием на левую белую кнопку с верхней части блока УНИП7А

Проверьте, установлены ли стрелки приборов на нулевые деления  шкал, в противном случае сообщите об этом  руководителю.

1.1.2.  Ручку потенциометра  R1  поверните в исходное положение, соответствующее  U_пр  = 0   до упора против часовой стрелки.

Выбор типа исследуемого диода (германиевой  VD1  или кремниевый  VD2  производится переключателями  SA1  или  SA2  при  E_п = 0, (соответствующий переключатель для включения диода в цепь  установите в верхнее положение).

1.1.3. После проверки правильности сборки цепей руководителем подключите установку к сети 220 В тумблером в верхнем левом углу панели, при этом загорится контрольный индикатор.

1.1.4. После   прогрева   электронных   блока  питания  и   вольтметра                 (1 . . .  3 мин) проверьте, находится ли стрелка вольтметра на нулевой отметке шкалы при снятии питания (Е_п = 0). В случае необходимости установка на "0" производится при закорачивании перемычкой гнёзд вольтметра ручкой "U Ώ",

1.5. Задавая различные значения прямого тока  I_пр   (начиная с нуля) потенциометром  R1,  измеряйте соответствующие уровни падения напряжения на диоде  U_пр . Результаты опытов занесите в табл.1.

Таблица 1

Снятие прямых ветвей ВАХ выпрямительных диодов

Кремниевый диод

Примечание: Малые значения тока устанавливайте по табл.1. Начиная с

I_пр = 3мА  можно задавать каждый раз любое промежуточное значение в указанных пределах, записывая в табл.1

установленный ток  I_пр  и соответствующее ему  U_пр.

1.1.6. Закончив этот опыт с обоими диодами, установите все органы управления