13234

Напівпровідникові діоди

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лабораторна робота №1 Тема: Напівпровідникові діоди Мета: 1. Дослідження напруги та струму діода при прямому та оберненому зміщенні рп переходу. Побудова та дослідження вольтамперної характеристики ВАХ для напівпровідникового діода. Дослідження опо

Украинкский

2013-05-11

279.5 KB

36 чел.

Лабораторна робота №1

Тема: Напівпровідникові діоди

Мета:   1.  Дослідження  напруги та струму діода при прямому та оберненому зміщенні р-п- переходу.

  1.  Побудова та дослідження вольтамперної характеристики (ВАХ) для напівпровідникового діода.
  2.  Дослідження опору діода при прямому та оберненому зміщенні за вольтамперною характеристикою.
  3.  Аналіз опору діода (пряме та обернене зміщення) на змінному та постійному струмі.

5.   Вимір напруги вигину (зміни) вольтамперної характеристики.

Прилади та елементи

1. Функціональний генератор

2. Мультиметр

3. Осцилограф

4. Джерело постійного струму

5. Діод 1N4001

6. Резистори

Теоретичні відомості

Однією з переваг Elecrtronics Workbench є можливість змоделювати ситуації, що виникають при найрізноманітніших рівнях забезпеченості дослідника вимірювальними приладами, та освоїти методики вимірювання, що відповідають цим рівням. Розглянемо ці ситуації на прикладі вимірювання вольтамперної характеристики напівпровідникового діода.

Починаючий радіоаматор може мати всього лиш один універсальний прилад - мультиметр (котрий ми звикли називати тестером), але і в цьому випадку можна зняти вольтамперну характеристику (ВАХ) діода або будь-якого іншого нелінійного двополюсника.

Найпростіше в цьому випадку виміряти напругу на діоді в схемі рис. 1.1, під’єднуючи  до діода через резистор джерело напруги різної величини. Струм діода при цьому можна обчислити із виразу:

                                       Iпр = (Е – Uпр)/R,                                                                        (1.1)

де Iпр - струм діода ввімкненого в прямому напрямку,

Е - напруга джерела живлення,

Uпр - напруга на діоді ввімкненого в прямому напрямку.

Змінивши полярність ввімкнення діода в тій же схемі рис. 1.1, можна зняти ВАХ діода за тією ж самою методикою і в зворотному напрямку:

                               IОБ = (Е - UОБ)/R,                                                                       (1.2)

де IОБ – сила струму через діод ввімкненого в зворотному напрямку,

UОБ - напруга на діоді ввімкненого в оберненому напрямку.

Рис. 1.1 (файл с9_011)

Точність при таких вимірах залишає бажати ліпшого із-за розосередження опорів у резисторів одного номіналу. Якщо ви хочете одержати більш точну характеристику, використовуючи тільки один мультиметр, необхідно спочатку виміряти напругу в схемі рис. 1.1, а потім силу струму в схемі рис. 1.2. При цьому теж можна користуватися тільки мультиметром, підключаючи його то як вольтметр, то як амперметр.

 

Рис.1.2 (файл с9_012)

Набагато швидше можна виконати цю роботу, якщо у вас є і вольтметр і амперметр. Тоді, включивши їх за схемою рис. 1.3, можна одразу бачити силу струму і напругу на табло цих приладів, Вольтамперна характеристика (ВАХ) може бути одержана шляхом виміру напруги на діоді при протіканні різних струмів за рахунок зміни напруги джерела живлення Vs.

 

Рис.1.3 (файл с9_013)

І, нарешті, найбільш швидко та зручно можна дослідити ВАХ, безпосередньо спостерігаючи її на екрані осцилографа (рис. 1.4). При такому підключенні координата точки по горизонтальній осі осцилографа буде пропорційна напрузі, а по вертикальній - струму через діод. Оскільки напруга в вольтах на резисторі 1 Ом чисельно рівна силі струму через діод в амперах (I=U/R=U/1=U), по вертикальній осі можна безпосередньо зчитувати значення сили стуму. Якщо на осцилографі вибрано режим В/А, то величина, пропорційна силі струму через діод (канал В), буде відкладатися по вертикальній осі, а напруга (канал А) - по горизонтальній. Це й дозволить отримати вольтамперну характеристику безпосередньо на екрані осцилографа.

При отриманні ВАХ діода за допомогою осцилографа на канал А замість точної напруги на діоді подається сума напруги діода і напруги на резисторі 1 Ом. Помилка із-за цього буде мала, так як падіння напруги на резисторі буде значно меншим, ніж напруга на діоді. Для більш точного виміру напруги можна вимірювати силу струму за допомогою датчика струму.

Через нелінійність діода його не можна характеризувати величиною опору, як лінійний резистор. Відношення напруги на діоді до струму через нього U/I, що називається статичним опором, залежить від величини сили струму. В області застосувань на важливу постійну складову струму діода накладається невелика змінна складова (зазвичай при цьому кажуть, що елемент працює в режимі малих сигналів). В цьому випадку інтерес представляє диференційний (або динамічний) опір dU/dI. Величина динамічного опору залежить від постійної складової струму діода, що визначає робочу точку на характеристиці.

Рис.1.4 (файл с9_014)

Хід роботи

1. Вимірювання напруги та обчислення сили струму через діод.

Зберіть та ввімкніть схему зображену на рис. 1.1. Мультиметр покаже напругу на діоді UПP при прямому зміщенні. Переверніть діод и знову запустіть схему. Тепер мультиметр покаже напругу на діоді U при оберненому зміщенні. Запишіть покази в розділ "Результати експериментів". Обчисліть силу струму діода при прямому ІПР и оберненому ІОБ зміщенні відповідно до формул (1.1) и (1.2).

2. Вимірювання сили струму.

Зберіть та ввімкніть схему зображену на рис. 1.2. Мультиметр покаже силу струму діода ІПР при прямому зміщенні. Переверніть діод и знову запустіть схему. Тепер мультиметр покаже силу струму ІОБ діода при оберненому зміщенні. Запишіть покази в розділ "Результати експериментів".

3. Вимірювання статичного опору діода.

Виміряйте опір діода в прямому і оберненому підключенні, використовуючи мультиметр в режимі омметра. Малі значення опору відповідають прямому підключенню. Покази прямого опору різні для різних шкал омметра. Чому?

4. Зняття вольтамперної характеристики діода.

а) Пряма вітка ВАХ. Зберіть та ввімкніть схему зображену на рис. 1.3. Послідовно встановлюючи значення ЕРС джерела рівними 5В, 4В, 3В, 2В, 1В, 0.5В, 0В запишіть значення   напруги UПР і сили струму ІПР діода в таблицю а) розділу "Результати експериментів".

б) Зворотна вітка ВАХ. Переверніть діод. Послідовно встановлюючи значення ЕРС джерела рівними 0 В, 5 В, 10 В, 15 В запишіть значення сили струму ІОБ і напруги U в таблицю б) розділу "Результати експериментів".

в) На основі одержаних даних побудуйте графіки ІПР (UПР) і ІОБ (U).

г) Побудуйте дотичну до графіка прямого зв’язку ВАХ при ІПР=4 мА та оцініть диференціальний опір діода за нахилом дотичної. Проробіть ту ж саму процедуру для ІПР=0.4мА і ІПР=0.2мА. Відповіді запишіть в розділ "Результати експериментів".

д) Аналогічно пункту г) оцініть диференціальний опір діода при оберненій напрузі 5 В і запишіть експериментальні дані в розділ "Результати експериментів".

е) Обчисліть опір діода на постійному струмі ІПР=4мА за формулою R=Uпр/Iпр и занесіть результат в розділ "Результати експериментів".

ж) Визначте напругу вигину. Результати занесіть в розділ "Результати експериментів". Напруга вигину визначається із вольтамперноі характеристики діода, зміщеного в прямому напрямку, для точки, де характеристика має різкий перелом (вигин).

5. Одержання ВАХ на екрані осцилографа.

Зберіть та ввімкніть схему зображену на рис. 1.4. На ВАХ, що з’явилася на екрані осцилографа, по горизонтальній осі зчитується напруга на діоді в мілівольтах (канал А), а по вертикальній – сила струму в міліамперах (канал В, 1 мВ відповідає 1 мА). Зверніть увагу на вигин ВАХ. Виміряйте та запишіть в розділ "Результати експериментів" величину напруги вигину.

Результати експериментів

1. Вимірювання напруги та обчислення сили струму через діод.

   Виміряйте та запишіть величину напруги на діоді:

Напруга при прямому зміщенні, UПР

Напруга при оберненому зміщенні, U

Сила струму при прямому зміщенні, ІПР

Сила струму при оберненому зміщенні, ІОБ

2. Вимірювання сили струму.

    Виміряйте та запишіть величину сили струму при прямому та оберненому зміщенні

Сила струму при прямому зміщенні, ІПР

Сила струму при оберненому зміщенні, ІОБ

3. Вимірювання статичного опору діода.

Опір діода при прямому зміщенні, Rпр

Опір діода при оберненому зміщенні, Rоб


4. Зняття вольтамперної характеристики діода.

   Обчисліть та запишіть значення сили струму та напруги.

  а)  ВАХ при прямому зміщенні

E,В

Uпр, мВ

Iпр, мА

5

4

3

2

1

0,5

0

   б)  ВАХ при оберненому зміщенні

E,В

Uоб, мВ

Iоб, мА

0

5

10

15

в)  Побудова графіків ВАХ.

ВАХ при прямому зміщенні                           ВАХ при оберненому зміщенні

 

г) Диференціальний опір діода при прямому зміщені, обчислений за ВАХ:

           при Iпр = 4мА,      Rдиф=

при Iпр = 0.4мА,  Rдиф=

при Iпр = 0.2мА, Rдиф=

д)  Диференціальний опір діода при оберненому зміщенні, обчислений за ВАХ:

при Uoбp=5 В,    Rдиф=

е)  Обчислення Rст  при Iпр = 4мА:  R=

ж)  Напруга вигину, отримана з волътамперної характеристики:  Uвгн=

5. Одержання ВАХ на екрані осцилографа.

Напруга вигину, визначена з ВАХ, отриманаої за допомогою осцилографа:

Uвгн=

Контрольні запитання

  1.  Порівняйте значення напруги на діоді при прямому та оберненому зміщенні по порядку величин. Чому вони різні?
  2.  Чи можливо порівняти виміряні значення сили струму при прямому зміщенні з обчисленими значеннями?
  3.  Чи можливо порівняти виміряні значення сили струму при оберненому зміщенні з обчисленими значеннями?
  4.  Порівняйте значення сил струму, що проходять через діод при прямому та оберненому зміщенні по порядку величин. Чому вони різні?
  5.  Що таке струм насичення діода?
  6.  Чи набагато відрізняються прямий та зворотній опори діода при їх вимірюванні мультиметром в режимі омметра? Чи можливо за результатами цих вимірів судити про справність діода?
  7.  Чи існує відмінність між величинами опору діода при змінному та постійному струмі?
  8.  Чи співпадають точки вигину ВАХ, отримані за допомогою осцилографа і побудовані
    за результатами обчислень?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

21712. ИСПЫТАНИЯ НА НАДЕЖНОСТЬ ЭМС. КОНТРОЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ 2.49 MB
  Показатели надежности экспериментальными методами могут быть получены по результатам либо испытаний специальных или совмещенных либо наблюдением за функционированием объекта в условиях эксплуатации. Методы испытаний организуются специально с целью определения показателей надежности объем их обычно заранее планируется условия функционирования объектов устанавливаются исходя из требований оценки конкретных показателей. Показатели надежности таких объектов оцениваются в основном либо по результатам совмещенных испытаний при которых...
21713. СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ, АНАЛИЗА И КОНТРОЛЯ НАДЕЖНОСТИ 358.5 KB
  Сбор информации об отказе элементов технических систем В общем комплексе мероприятий по обеспечению надёжности любого изделия сбор статистической информации об отказах и оценка показателей надёжности в условиях эксплуатации являются последним заключительным этапом. При этом появляется возможность оценить реальные значения показателей надежности и следовательно оценить эффективность мероприятий по обеспечению надёжности на всех этапах проектирование производство испытания монтаж эксплуатация. Поэтому особое значение приобретает вопрос...
21714. ИСПЫТАНИЯ НА НАДЕЖНОСТЬ ЭМС. ОПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ 3.06 MB
  При определительных испытаниях могут оцениваться законы распределения отказов и их параметры. При определительных испытаниях могут оцениваться законы распределения отказов и их параметры. Однако существует универсальный план испытаний позволяющий по единой методике проводить статистическую оценку величины Р для изделий с любым законом распределения. Полученные данные по отказам изделий в результате испытаний или по данным эксплуатации подвергаются статистической обработке для получения следующих результатов: определения вида функции...
21715. Планирование эксперимента при ускоренных испытаниях электрических машин 102 KB
  ТЕМА № 2 Регрессионный анализ установившихся режимов электрической системы Для этой цели целесообразно использование регрессионного моделирования сложной системы. При этом с использованием имеющихся программ расчета установившегося режима на ЭВМ проводятся целенаправленные исследования в результате которых получаются регрессионные модели для анализа или управления. Такие модели могут быть получены при регрессионном анализе или методом планирования многофакторного эксперимента МПЭ. При этом для построения линейных моделей используется полный...
21716. Законы распределения отказов 2.99 MB
  Законы распределения отказов Случайной называется величина которая в результате испытаний может принять то или иное значение причем заранее неизвестно какое именно. Если задан ряд распределений вероятностей для значений случайной величины X то математическое ожидание определяется по формуле Показателями характеризующими степень рассеяния случайной величины около своего математического ожидания являются дисперсия и среднее квадратическое отклонение: Для более полного описания случайных величин вводятся понятия функции распределения...
21717. Экономико-организационные проблемы разгрузки предприятий при дефиците мощности и прохождении максимумов нагрузки в энергосистеме 113.5 KB
  Экономикоорганизационные проблемы разгрузки предприятий при дефиците мощности и прохождении максимумов нагрузки в энергосистеме До настоящего времени работы по созданию экономически обоснованных рекомендаций по управлению электропотреблением промышленных предприятий практически не имели ни методической базы ни руководящих указаний позволяющих обеспечивать минимум экономических потерь от изменения режимов функционирования. Выполнение отмеченных условий связано с трудностями изза неопределенности а в отдельных случаях элементарного незнания...
21718. Задачи надёжности электроснабжения 203.5 KB
  Чтобы качественно сравнивать между собой события по степени их возможности нужно с каждым событием связать определенное число которое тем больше чем более возможно событие его вероятность. Найти вероятность исправной работы РП. Если вероятность одного события не изменяется от того произошло или не произошло другое событие то такие события называются независимыми и наоборот. Вероятность суммы n несовместных событий равна сумме вероятностей этих событий: где .
21719. Показатели надежности ЭМС 141 KB
  Вероятность безотказной работы ВБР это вероятность того что при определенных условиях эксплуатации в заданном интервале времени не произойдет ни одного отказа. Кривые вероятности безотказной работы и вероятности отказов Вероятность отказа Qt это вероятность того что при определенных условиях эксплуатации в заданном интервале времени произойдет хотя бы один отказ. Отказ и безотказная работа события противоположенные и несовместимые 2 Частота отказов at есть отношение отказавших изделий в единицу времени к первоначальному числу...
21720. Расчёт надежности при последовательном (основном) соединении элементов 225.5 KB
  С точки зрения надежности различают последовательные параллельные и системы со сложной структурой. Расчёт надежности при последовательном основном соединении элементов при таком соединении отказ технического изделия наступает при отказе одного из его узлов. Для повышения надежности систем и элементов применяют резервирование: Резервирование это применение дополнительных средств иили возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов. Резервирование основано на...