Экспериментальная часть

Лабораторная работа №1

Выпрямительные диоды и стабилитроны

Цель работы: снятие вольтамперной характеристики в прямом и обратном направлениях.

Экспериментальная часть

а б

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема для включения выпрямительного диода:

а – в проводящем направлении, б – в запирающем.

1. По схеме на рис. 1 разобраться с измерительными приборами, чтобы при снятии вольтамперных характеристик исследуемых полупроводниковых диодов правильно устанавливать переключатели мультиметра для измерения тока и цифрового вольтметра (ЦВ) на соответствующие диапазоны измерений и вид измеряемой величины.

2. Перед измерениями напряжения в цепи по рис. 1а сначала определите мультиметром максимальное значение тока в прямом направлении выпрямительного диода изменением напряжения источника питания В (за счёт последовательного соединения трёх источников постоянного тока по 15В, один из них регулируемый). Разбейте полученный диапазон тока в соответствие с табл.1 на части и измеренное мультиметром (или ЦВ) напряжение на диоде для каждого значения тока так же занесите в табл.1. Для лучшего построения начального криволинейного участка характеристики, более подробные измерения в начальной части характеристики, насколько позволяет чувствительность мультиметра, связаны с лучшим разделением начального криволинейного участка вольтамперной характеристики с её практически линейной рабочей частью. В схеме по рис.1а для исследуемого типа диода мА.

Таблица 1

_,В
_, мА		0,1	0,2	0,4	0,6	0,8				6,5		19,5		32,5		45,5		56,5

3. Измените полярность подводимого напряжения к выпрямительному диоду переворачиванием его относительно гнёзд в наборном поле в противоположное положение (см. рис.1б). При этом не забудьте переключить вольтметр в положение с наименьшей погрешностью по напряжению. Аналогично предыдущему пункту определите диапазон изменения обратного тока, разбейте его на 9-10 примерно равных частей (см. табл.2) и занесите измеренные значения напряжений соответствующие токам в табл.2. Измерения обратного тока производиться с помощью высокочувствительного диапазона мультиметра (или ЦВ). Максимальное значение обратного тока для данного типа диода равно 4,5 мкА.

Таблица 2

_, В
_, мкА		0,5		1,5		2,5		3,5		4,5

4. Постройте вольтамперную характеристику выпрямительного диода в одних осях, т.е прямую и обратную ветви.

5. Перед измерениями в цепи по рис.2 определите максимальное значение тока в прямом направлении стабилизатора изменением напряжения источника питания по прибору V₁ В.

Рис.2 Принципиальная электрическая схема для снятия вольтамперной характеристики при прямом и обратной полярности включения стабилитрона.

6. Разбейте полученный диапазон тока в соответствие с табл.3. Измерьте ЦВ напряжение для каждого значения тока и занесите полученные измерения в табл.3. Максимальный прямой ток для исследуемого типа стабилитрона в этом случае также составляет 65мА.

Таблица 3

_,В
_, мА		0,1	0,2	0,4	0,6	0,8				6,5		19,5		32,5		45,5		56,5

7. Измените полярность подключения стабилитрона к источнику питания переворачиванием его относительно гнёзд в наборном поле в противоположное положение (на рис.2 показано пунктиром). Контроль изменения входного напряжения на зажимах источника производите мультиметром V₁. Плавным изменением напряжения источника питания определите момент электрического пробоя стабилитрона. В момент пробоя должен скачком появиться ток, который будет соответствовать минимальному значению тока стабилизации. После этого снизьте напряжение до нуля и начинайте снятие характеристики стабилитрона. Для чего по мультиметру V₁ на входе схемы изменяйте напряжение от нуля через два вольта до момента электрического пробоя, одновременно измеряя ток прибора. Если на начальных измерениях тока не будет, заносите в соответствующие места таблицы нули. Перед электрическим пробоем может появиться небольшой ток, который необходимо зафиксировать и записать в табл.4. В момент пробоя, который наступает примерно около 10 В, запишите напряжения ЦВ и ток стабилитрона. Далее укрупните шаг изменения напряжения, например, после 12 В можно поднять напряжение до 15 В далее изменять его через 5 В до конца измерений, записывая обязательно ток прибора. После электрического пробоя показания ЦВ можно не записывать, так как они будут изменяться от незначительно, но обязательно записать последние показание ЦВ, т.е. . При построении на графике обратной ветви вольтамперной характеристики после электрического пробоя достаточно будет соединить точки и прямой линией.

Таблица 4

_,В

_, мА

_,В

8. Постройте вольтамперную характеристику стабилитрона, т.е. прямую и обратную ветви в тех же координатных осях совместно с выпрямительным диодом. При этом масштаб по оси обратного тока допускается выбирать в разных единицах измерения для диодов. Например, с левой стороны оси покажите масштаб в мкА для выпрямительного диода, а справой в мА – для стабилитрона.

9. Проанализируйте различие вольтамперных характеристик исследуемых диодов и напишите вывод о проведённых исследованиях.

10.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

№ 1. Какая зонная диаграмма соответствует полупроводнику n-типа на рисунках, где ЗП – зона проводимости, ЗЗ – запрещенная зона, ВЗ – валентная зона:

()

№ 2. Какая зонная диаграмма соответствует полупроводнику p-типа на рисунках, где ЗП – зона проводимости, ЗЗ – запрещенная зона, ВЗ – валентная зона:

()

№ 3. Указать n-p- переход при отсутствии внешнего напряжения:

()

№ 4. Какими носителями заряда образуется контактная разность потенциалов в n-p-переходе:

(): электронами

(): дырками

(): объемными зарядами положительно и отрицательно заряженных атомов примесей полупроводника и в незначительной степени электронами и дырками

(): объемными зарядами положительно и отрицательно заряженных атомов основного полупроводника и в незначительной степени электронами и дырками

№ 5. Указать n-p-переход при прямом напряжении:

()

№ 6. Указать n-p- переход при обратном напряжении:

()

№ 7. Укажите вольтамперную характеристику n-p-перехода:

()

№ 8. В какой точке ВАХ диода напряжение приблизительно равно контактной разности потенциалов:

(): в точке 1 (): в точке 2 (): в точке 3 (): в точке 4

№ 9. Какая из прямых ветвей вольт-амперной характеристики принадлежит кремниевому диоду:


()	()	()	()

№ 10. Как изменяется сопротивление диода при увеличении прямого напряжения на участке 1 – 2:

(): увеличивается (): остается постоянным ():уменьшается (): увеличивается пропорционально увеличению прямого напряжения

№ 11. Как изменяется дифференциальное сопротивление диода при увеличении прямого напряжения на участке 2 – 3:

(): увеличивается (): остается постоянным (): уменьшается (): возрастает пропорционально увеличению прямого напряжения

№ 12. Чем определяется сопротивление диода на участке 1 – 2 ВАХ:

(): сопротивлением р-области (): сопротивлением n-области (): суммарным сопротивлением р- и n-областей ():сопротивлением запирающего слоя

№ 13. Чем определяется сопротивление диода на участке 2 – 3 ВАХ:

(): сопротивлением р-области (): сопротивлением n-области (): суммарным сопротивлением n- и р-областей (): сопротивлением запирающего слоя

№ 14. В какой точке ВАХ диода напряжение приблизительно равно контактной разности потенциалов:

(): в точке 1 (): в точке 2 (): в точке 3 (): в точке 4

№ 15. Чем создается контактная разность потенциалов на границе р- и n-областей:

(): основными носителями

(): неосновными носителями

(): электронами и дырками

(): объёмными областями заряда, образуемые неподвижными ионами донорной и акцепторной примеси

№ 16. Как контактная разность потенциалов влияет на движение основных носителей:

(): способствует их движению через переход

(): не влияет на их движение через переход

(): препятствует их движению через переход

(): слабо влияет на их движение через переход

№ 17. Как контактная разность потенциалов влияет на движение неосновных носителей:

(): способствует их движению через переход

(): не влияет на их движение через переход

(): препятствует их движению через переход

(): слабо влияет на их движение через переход

№ 18. Какой ток протекает через n-p-переход при прямом напряжении:

(): U_к+ U_пр(обратный)

(): U_к= U_пр(максимальный диффузионный)

(): U_к– U_пр(диффузионный)

(): U_к> U_пр(дрейфовый)

№ 19. До каких пор растет высота потенциального барьера в n-p-переходе при отсутствии внешнего напряжения:

(): пока не прекратится диффузия носителей заряда

(): пока не появится дрейфовый ток

(): пока диффузионный ток больше дрейфового

(): пока не наступит равенство диффузионного и дрейфовых токов при установившейся температуре, а n-p-переход перейдет в состояние динамического равновесия

№ 20. Как уменьшается избыточная концентрация в полупроводниках во времени и пространстве после прекращения внешних воздействий:

(): линейно до уровня 0,37 начального значения концентрации за время, называемое временем жизни носителей ( ) на расстоянии называемом диффузионной длинной (L_n, L_p)

(): по логарифмическому закону до уровня 0,37 начального значения концентрации за время, называемое временем жизни носителей ( ) на расстоянии называемом диффузионной длинной (L_n, L_p)

(): по экспоненциальному закону до уровня 0,37 начального значения концентрации за время, называемое временем жизни носителей ( ) на расстоянии называемом диффузионной длинной (L_n, L_p)

(): по параболическому закону до уровня 0,37 начального значения концентрации за время, называемое временем жизни носителей ( ) на расстоянии называемом диффузионной длинной (L_n, L_p)

№ 21. Как изменятся высота потенциального барьера U_к и толщина запирающего слоя l в n-p-переходе при обратном включении: