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

32 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

33360. Система прерываний КР1816ВУ51 48 KB
  Система развивается с появлением новых типов микроконтроллеров этой серии число источников прерываний постоянно увеличивается и достигло в некоторых пятнадцати. Рассмотрим систему прерываний МК51. Из пяти источников прерываний внешними являются входы INT0 и INT1 а внутренними – два счетчика таймера и последовательный порт.
33361. Система команд КР1816ВУ51 33 KB
  Всего в системе команд семейства MК51 можно выделить 5 групп: команды арифметических операций команды логических операций команды пересылки данных команды операций с битами и команды передачи управления. Команды операций с битами Эти команды устанавливают в 1 SETB или 0 CLR прямоадресуемый бит внутренней памяти данных изменяют его значение на противоположное CLR выполняют операции ND и OR над флагом переноса С и прямоадресуемым битом ND и ORL осуществляют пересылку значения между флагом С и прямоадресуемым битом MOV...
33362. Типовая схема СУ на базе КР1816ВУ51 27 KB
  В случае если производительность процессора микроконтроллера достаточна для решения поставленной задачи эту проблему можно решить организацией системы шин к которым и подключаются все необходимые устройства. Кроме достаточной производительности микроконтроллер должен иметь возможность подключения внешней памяти данных. Микроконтроллер МК51 обладает такой возможностью.
33363. Состав и назначение элементов процессорного ядра, характеристика ОМК АТ90S8515 31 KB
  Организация памяти микроконтроллера Память микроконтроллеров VR семейства Clssic выполнена по Гарвардской архитектуре в которой разделены не только адресные пространства памяти программ и памяти данных но также и шины доступа к ним. В связи с тем что регистровая память находится в адресном пространстве ОЗУ об этих двух областях памяти обычно говорят как об одной. 6 регистров общего назначения R26 R31 X Y Z используется в качестве указателей при косвенной адресации памяти данных. Каждый регистр файла имеет свой собственный адрес в...
33364. Структура памяти ОМК АТ90S8515 30.5 KB
  Причем память данных состоит из трех областей: регистровая память статическое ОЗУ и память на основе EEPROM. В связи с тем что регистровая память находится в адресном пространстве ОЗУ об этих двух областях памяти обычно говорят как об одной. Память программ Память программ ёмкостью 4 К 16разрядных слов предназначена для хранения команд управляющих функционированием микроконтроллера.
33365. Порты ввода-вывода ОМК АТ90S8515 31.5 KB
  Конфигурирование каждой линии порта задание направления передачи данных может быть произведено программно в любой момент времени. Обращение к портам ввода вывода Обращение к портам производится через регистры ввода вывода причем под каждый порт в адресном пространстве ввода вывода зарезервировано по 3 адреса. По этим адресам размещаются три регистра: регистр данных порта PORTx регистр направления данных DDRx и регистр выводов порта PINx. Действительные названия регистров и их разрядов получаются подстановкой названия порта вместо...
33366. Таймер/счётчики ОМК АТ90S8515 38 KB
  Как правило эти выводы линии портов ввода вывода общего назначения а функции реализуемые этими выводами при работе совместно с таймерами счетчиками являются их альтернативными функциями. Выводы используемые таймерами счетчиками общего назначения Название T90S8515 Описание T0 PB0 Вход внешнего сигнала таймера T0 T1 PB1 Вход внешнего сигнала таймера T1 ICP ICP Вход захвата таймера T1 OC1 Выход схемы сравнения таймера T1 OC1 PD5 То же OC1B OC1B То же TOSC1 Вход для подключения резонатора TOSC2 Выход для подключения резонатора ...
33367. Универсальный асинхронный приемопередатчик ОМК АТ90S8515 38.5 KB
  Управление работой приемопередатчика осуществляется с помощью регистра управления UCR. Текущее состояние приемопередатчика определяется с помощью регистра состояния USR. При чтении регистра UDR выполняется обращение к регистру приемника при записи к регистру передатчика. Работа передатчика разрешается установкой в 1 разряда TXEN регистра UCR UCSRB.
33368. Система прерываний ОМК AT90S8515 63 KB
  При возникновении прерывания микроконтроллер сохраняет в стеке содержимое счетчика команд PC и загружает в него адрес соответствующего вектора прерывания. По этому адресу должна находиться команда относительного перехода к подпрограмме обработки прерывания. Кроме того последней командой подпрограммы обработки прерывания должна быть команда RETI которая обеспечивает возврат в основную программу и восстановление предварительно сохранённого счетчика команд. Младшие адреса памяти программ начиная с адреса 001 отведены под таблицу векторов...