МЕТОДИЧЕСКИЕ РУКОВОДТВА К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ФИЗИЧЕСКИМ ОСНОВАМ ЭЛКТРОНИКИ.
Факультет МТС. Поток ММ, МО.
Работа №1. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
И ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ
Цель работы
Изучить устройство полупроводникового диода, физические процессы, происходящие в нем, характеристики, параметры, а также типы и применение полупроводниковых диодов.
2 Подготовка к работе
2.1. Изучить следующие вопросы курса:
2.1.1. Электрические свойства полупроводников. Собственные и примесные полупроводники.
2.1.2. Электронно-дырочный переход, его характеристики и параметры. Прямое и обратное включение p-n перехода.
2.1.3. Вольтамперные характеристики и параметры полупроводниковых диодов.
2.1.4. Влияние температуры на характеристики и параметры диодов.
2.1.5. Типы полупроводниковых диодов, их особенности и характеристики. Применение.
2.2. Ответить на следующие контрольные вопросы:
2.2.1. Что такое собственная и примесная проводимость полупроводника?
2.2.2. Объяснить образование электронно-дырочного перехода.
2.2.3. Что такое контактная разность потенциалов? Как она образуется?
2.2.4. Чем определяется толщина p-n перехода?
2.2.5. Нарисовать потенциальную диаграмму p-n перехода при включении его в прямом и обратном направлениях?
2.2.6. Привести классификацию и пояснить систему обозначений полупроводниковых диодов.
2.2.7. Рассказать об особенностях устройства выпрямительных и высокочастотных диодов.
2.2.8. Сравнить теоретическую и реальную вольтамперную характеристики диода.
2.2.9. Сравнить вольтамперные характеристики диодов, изготовленных из Ge, Si и Ga As.
2.2.10. Нарисовать и объяснить характеристику стабилитрона. Показать на ней рабочий участок.
2.2.11. Нарисовать и объяснить вольтамперные характеристики диода для двух различных значений температуры.
2.2.12. Нарисовать и объяснить вольтамперные характеристики диода; указать участки, которые соответствуют состоянию электрического и теплового пробоя.
2.2.13. Перечислить основные параметры полупроводниковых диодов
( номинальные и предельные).
2.2.14. Дать определение дифференциальных параметров и пояснить их физический смысл.
2.2.15. Что такое барьерная и диффузионная емкости диода? Дать определение.
2.2.16. Объяснить принцип действия и особенности применения полупроводниковых диодов различных типов: выпрямительных, высокочастотных, импульсных, стабилитронов, варикапов.
2.2.17. Нарисовать условные обозначения выпрямительных диодов,
стабилитронов, варикапов и схемы их включения.
2.2.18 Какими способами можно увеличить допустимую мощность,
рассеиваемую диодом?
Литература
Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. /Под редакцией Федорова Н.Д. -М: Радио и связь, 1998. Стр. 11-66.
Батушев В.А. Электронные приборы. -М.: Высшая школа, 1980. Стр. 29-85.
Справочники по полупроводниковым диодам.
Конспект лекций.
Схема исследования
На рис. 1 и 2 приведены схемы для снятия вольтамперных характеристик диода. Необходимость использования двух схем для снятия прямой и обратной ветвей вольтамперной характеристики вызвана тем, что напряжение на диоде при прямом включении значительно меньше, чем при обратном. Поэтому используются разные источники напряжения G1 и G2 для снятия прямой и обратной ветвей вольтамперной характеристики. Для ограничения резкого изменения тока последовательно с источниками включен резистор R1.
Рис. 1.
Рис. 2.
Отличие схем состоит также в том, что в первой схеме вольтметр подключен параллельно диоду, а во второй - источнику. Подключать вольтметр непосредственно к диоду во второй схеме не следует, так как ток, протекающий через вольтметр, соизмерим с обратным током диода, и микроамперметр будет показывать сумму токов диода и вольтметра, давая большую погрешность.
Пределы измерения приборов следует выбирать с учетом максимально допустимых параметров исследуемых диодов.
На рисунке 3 приведена схема исследования диода на переменном токе. Источником переменного тока является генератор G~, в качестве которого используется генератор Г3-111 или подобный. Форму подводимого напряжения, напряжения на диоде и на нагрузке наблюдают с помощью осциллографа.
Рис. 3.
Задание к работе в лаборатории.
5.1 Выписать из справочника максимально допустимые параметры диодов IПР МАКС, UОБР МАКС, исследуемых в лаборатории, и занести их в таблицы 1 и 2, а также параметры стабилитрона UСТ и IСТ МАКС , которые следует занести в таблицу 3.
5.2. Собрать схему для снятия вольтамперных характеристик диодов при прямом включении (рисунок 1). Пределы приборов рV1- в зависимости от типа диодов установить 0,5¸1 B, а pA1 - чтобы не превышал 0,5× IПР МАКС.
5.3. Последовательно снять вольтамперные характеристики предложенных диодов. Результаты занести в таблицу 1. Пример таблицы приведен ниже.
Таблица 1а. Диод ... (Ge) IПР МАКС=... мА
UПР, В
IПР, мА
Таблица 1б. Диод ... (Si) IПР МАКС=... мА
UПР, В
IПР, мА
Таблица 1в. Стабилитрон ... (Si) IПР МАКС=... мА
UПР, В
IПР, мА
5.4. Собрать схему для снятия вольтамперных характеристик диодов при обратном включении (рисунок 2). Предел миллиамперметра pA1 установить 0,1 мА, а вольтметра pV1 - чтобы не превышал 0,5×UОБР МАКС, но не более 50 В.
5.5. Снять вольтамперные характеристики германиевого и кремниевого диодов, результаты измерений занести в таблицу 2.
Таблица 2а. Диод ... UОБР МАКС= ... В
UОБР, В
IОБР, мкА
Таблица 2б. Диод ... UОБР МАКС=... В
UОБР, В
IОБР, мкА
5.6. Снять вольтамперную характеристику кремниевого стабилитрона. Для этого предел миллиамперметра pA1 установить 20-50 мА. Результаты занести в таблицу 3. Пример таблицы приведен ниже.