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

34 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

6924. Излучающие свойства и связь экранов 44 KB
  Излучающие свойства и связь экранов. Из-за неполного экранирования на внешних поверхностях экранов и элементов фидеров протекают электрические токи. Связь элементов ИП с РП определяется: действие полей на антенны РП появление наведенных...
6925. Блокирование, перекрестные искажения и интермодуляция 64.5 KB
  Блокирование, перекрестные искажения и интермодуляция. Воздействие помехи, значительно превышающей по уровню полезный сигнал, возможно помимо основного и побочного каналов приема. Влияние проявляется в виде: блокирование - изменение уровн...
6926. Индустриальные помехи 44.5 KB
  Индустриальные помехи. - электромагнитные помехи создаваемые различными электронными и электротехническими устройствами используемые в технике и быту. Причины появления: в цепях устройств протекают переменные электрические токи и создание поме...
6927. Методы анализа ЭМС 38 KB
  Методы анализа ЭМС. Анализ ЭМС проводят с целью определения возможности совместной работы радиотехнических, электронных и электротехнических средств. Группы задач: Исследование показателей ЭМС устройств и их элементов. Исследование элект...
6928. Расчет источников вторичного питания 132.5 KB
  Расчет источников вторичного питания Расчет трансформатора. Типовой источник электропитания содержит трансформатор, выпрямитель и сглаживающий фильтр, поэтому расчет состоит из определения параметров трансформатора, выборе диодов выпрямителя и...
6929. Шум и его влияние на организм. Предупреждение вредного действия шума на производстве 71.5 KB
  Шум - беспорядочное сочетание различных по силе и частоте звуков способен оказывать неблагоприятное воздействие на организм. Источником шума является любой процесс, вызывающий местное изменение давления или механические колебания в твердых, жи...
6930. Хаотическое и структурное программирование 107 KB
  Хаотическое и структурное программирование Для начального периода развития программотехники, когда программы были штучным продуктом, характерен стиль программирования, который впоследствии получил название хаотическое программирование....
6931. Материя. Категория и атрибуты бытия 123 KB
  Введение Нас, людей, как мыслящих существ, естественно интересует вопрос: как возник наш человеческий мир, что ему предшествовало, благодаря чему он стал возможным? Что представляет собой реальный предмет, реальный мир? Каково его бытие? Мы, ко...