3794

Изучение вольт-амперной характеристики полупроводникового диода

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: изучение вольт-амперной характеристики полупроводникового диода, знакомство с работой одно- и двухполупериодного выпрямителя. Задача: Построить вольт-амперные характеристики германиевого и меднозакисного диодов. Оценить коэффициенты ...

Русский

2012-11-07

90 KB

48 чел.

Цель работы: изучение вольт-амперной характеристики полупроводникового диода, знакомство с работой одно- и двухполупериодного выпрямителя.

Задача: 1. Построить вольт-амперные характеристики германиевого и меднозакисного диодов. Оценить коэффициенты выпрямления и сопротивления прямого и обратного токов диодов.

2. Определить КПД схемы однополупериодного и двухполупериодного выпрямления, исследовать осциллографом полученные кривые.

Приборы и принадлежности: источник питания, электронный осциллограф, вольтметр, амперметры, германиевый и меднозакисный диоды, схемы выпрямителей.

Внимание! Так как в работе используется высокое напряжение, необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

ВВЕДЕНИЕ

Принцип действия полупроводниковых диодов основан на свойствах электронно-дырочного перехода, который создают внутри полупроводника путем введения в одну его часть акцепторной примеси, а в другую – донорной. Тогда одна область имеет дырочную р, а другая – электронную n-проводимость.

Вследствие избыточной концентрации электронов в n-области и дырок в р-области происходит диффузия основных носителей через контакт. Рекомбинация электронов и дырок приводит к образованию в приконтактной области двойного электрического слоя: на границе n-области возникает нескомпенсированный электронами объемный заряд положительных ионов донорной примеси, а на границе р-области нескомпенсированный заряд отрицательных ионов акцепторной примеси. Эта область объемного заряда и есть (р - n)-переход. Электрическое поле в этом слое направлено так, что противодействует дальнейшему переходу через слой основных носителей. Равновесие достигается при такой высоте потенциального барьера, при которой уровни Ферми обеих областей располагаются на одинаковой высоте.

В состоянии равновесия суммарный ток, созданный движением основных и неосновных носителей тока через (р - n)-переход, равен нулю.

Подключение к (р - n)-переходу внешнего напряжения прямой полярности (плюс со стороны р-полупроводника, минус со стороны n-полупроводника) приводит к уменьшению электрического поля двойного слоя и его сопротивления. Число основных носителей тока, способных проникнуть через (р - n)-переход, растет, поток неосновных носителей тока не изменяется. Через контакт идет ток в прямом направлении. Причем внешнее напряжение нарушает равновесие, так что уровни Ферми обеих областей смещаются друг относительно друга. При прямом напряжении уровень Ферми в р-области располагается ниже, чем n-области.

Внешнее поле обратной полярности складывается с внутренним электрическим полем двойного слоя, тогда для тока основных носителей возникает большое сопротивление. Через контакт идет ток обратного направления. При некоторой величине обратного напряжения переход основных носителей тока через контакт прекращается, тогда обратный ток создается неосновными носителями и достигает своего насыщения.

Неодинаковость сопротивления в прямом и обратном направлении позволяет использовать (р - n)-переходы для выпрямления переменного тока, т. е. при приложенном переменном напряжении осуществляется односторонняя проводимость. Зависимость тока через (р - n)-переход от приложенного к нему напряжения, называемая его вольт-амперной характеристикой, изображена на рис. 1.

Рис. 1. Вольт-амперная характеристика диода

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ

Для исследования вольт-амперной характеристики германиевого и меднозакисного диодов в работе используются приборы для измерения силы тока и напряжения. Электрическая схема включения диодов приводится на рис. 2. Исследуемый диод через переключатель П1 и двухполюсный переключатель П2 подключается через переменное сопротивление R к источнику напряжения 5 В. Переключатель П1 изменяет полярность включения диода, при этом через диод идет ток в прямом или обратном направлении. Падение напряжения на диоде измеряется вольтметром. Прямой ток измеряется миллиамперметром, а обратный – микроамперметром.

Рис. 2. Схема подключения диодов

По вольт-амперной характеристике диода можно определить: 1) коэффициент выпрямления диода; 2) сопротивления прямого и обратного перехода. Под коэффициентом выпрямления рассматривают отношение величины прямого тока к обратному при одинаковых значениях прямого и обратного напряжений. Сопротивление диода определяется в прямом  и в обратном  направлениях.

Для исследования одно- и двухполупериодного выпрямления используются приборы для измерения тока и напряжения, электронный осциллограф. Электрическая схема включения приведена на рис. 3. Исследуемое выпрямленное напряжение снимается с сопротивления R в положении переключателя П1 – Vс. В положении переключателя П1 – V0 на вольтметр подается напряжение с выхода трансформатора (переменное).

Рис. 3. Схема одно- и двухполупериодного выпрямителя

С помощью переключателя П2 включается схема одно- или двухполупериодного выпрямления. Для наблюдения вида зависимости выпрямленного тока от времени в схеме предусмотрены гнезда для подключения электронного осциллографа.

коэффициент полезного действия выпрямителя выражается отношением

,

где V0, I0 – эффективные переменные напряжение и ток; Vс, Iс – выпрямленные напряжение и ток.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Задание 1. Изучении вольт-амперной характеристики

германиевого и меднозакисного диодов

Включить установку в сеть (см. рис. 2). Переключатель П2 в положении Ge.

  1.  Для измерения прямого тока Iпр переключатель П1 замыкают на клеммы 1 – 2, в схему измерений включается миллиамперметр.
  2.  Установить переменным сопротивлением минимальное значение напряжения.
  3.  Записать показания вольтметра и миллиамперметра.
  4.  Равномерно увеличивая напряжение, снять зависимость Iпр от Vпр (5 – 10 значений).
  5.  Для измерения обратного тока Iоб замкнуть П1 на клеммы 3 – 4, при этом в схему измерений включается микроамперметр.
  6.  Установить переменным сопротивлением минимальное значение напряжения.
  7.  Записать показания вольтметра и микроамперметра.
  8.  Равномерно увеличивая напряжение, снять зависимость Iоб от Vоб.
  9.  Переключить П2 в положение Cu2О, проделать для меднозакисного диода измерения пп. 1 – 8.
  10.  Построить вольт-амперные характеристики диодов.
  11.  Получить оценки коэффициента выпрямления для диодов.
  12.  Получить оценки сопротивления прямого и обратного перехода диодов.
  13.  Сделать выводы.

Задание 2. Изучение работы одно- и двухполупериодного выпрямителя

  1.  С помощью переключателя П2 включить схему однополупериодного выпрямителя.
  2.  Переключателем П1 подать на сопротивление R напряжение с выхода трансформатора V0.
  3.  Записать показания амперметра и вольтметра.
  4.  Переключателем П1 подать на сопротивление R выпрямленное напряжение Vс.
  5.  Записать показания амперметра и вольтметра.
  6.  Определить КПД схемы однополупериодного выпрямления.
  7.  С помощью переключателя П2 включить схему двухполупериодного выпрямителя.
  8.  Повторить пп. 3 – 7.
  9.  Исследовать осциллографом кривые подводимого и выпрямленного напряжений и зарисовать их форму.
  10.  Сделать выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.  Объясните на энергетической диаграмме (р - n)-перехода, как изменяется высота барьера (р - n)-перехода при приложении к нему внешнего напряжения (прямого и обратного).
  2.  Объясните особенности вольт-амперной характеристики диода.
  3.  Назовите преимущества и недостатки полупроводниковых диодов по сравнению с вакуумными.
  4.  Почему энергетические уровни изолированных атомов в кристалле расщепляются в зоны?
  5.  Что называется зоной проводимости, валентной зоной?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

  1.  Савельев И. В. Курс общей физики : в 3 т. / И. В. Савельев. – М. : Наука, 1979. – Т. 3. 221 – 226 с.
  2.  Трофимова Т. И. Курс физики / Т. И. Трофимова. – М. : Высш. шк., 1997. – 442 с.
  3.  Детлаф А. А. Курс физики / А. А. Детлаф, В. М. Яворский. – М. : Высш. шк., 2003. – 530 с.
  4.  Бордовский Г. А. Общая физика: в 2 т. / Г. А. Бордовский, Э. В. Бурсиан. – М. : Изд-во ВЛАДОС-Пресс, 2001. – Т. 2. 168 с.

PAGE  3


V

I

V

АА

mА

П2

П1

Ge

Cu2O

5 В

+

+

+

2

1

4

3

А

П1

~ 220

V

Vc

V0

П2

Д1

Д2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40617. Общая характеристика CASE-средств 58.5 KB
  Первоначальное значение термина CSE ограниченное вопросами автоматизации разработки только лишь программного обеспечения в настоящее время приобрело новый смысл охватывающий процесс разработки сложных ИС в целом. С самого начала CSEтехнологии развивались с целью преодоления ограничений при использовании структурной методологии проектирования сложности понимания высокой трудоемкости и стоимости использования трудности внесения изменений в проектные спецификации и т. Таким образом CSEтехнологии не могут считаться самостоятельными они...
40618. Репозитории в CASE – средствах 17.67 KB
  Основа CSEтехнологии использование базы данных проекта репозитория для хранения всей информации о проекте которая может разделяться между разработчиками в соответствии с их правами доступа. Репозиторий может хранить свыше 100 типов объектов: структурные диаграммы определения экранов и меню проекты отчетов описания данных логика обработки модели данных их организации и обработки исходные коды элементы данных и т. При этом возможности репозитория обеспечивают несколько уровней интеграции: общий пользовательский интерфейс по всем...
40619. Классификация CASE-средств 32 KB
  Современные CSEсистемы классифицируются по следующим признакам: 1 По поддерживаемым методологиям проектирования: функционально структурноориентированные объектноориентированные и комплексноориентированные набор методологий проектирования; 2 По поддерживаемым графическим нотациям построения диаграмм: с фиксированной нотацией с отдельными нотациями и наиболее распространенными нотациями; 3 По степени интегрированности: tools отдельные локальные средства toolkit набор неинтегрированных средств охватывающих большинство этапов...
40620. Средство документирования - SoDA 18.2 KB
  По задаваемым пользователем шаблонам SoD компилирует документацию собирая в один документ текстовые и графические данные из различных источников например из моделей созданных в Rtionl Rose. Как и любая система отчетности SoD базируется на тех данных которые получает из сторонних программ. SoD поддерживает всю линейку продуктов Rtionl Softwre позволяя создавать сложные комбинированные отчеты на основе выходных данных программ состава Rtionl Suite.
40621. Средство управления проектом - OpenPlanProfessional 60.51 KB
  Open Pln предоставляет руководителям обширный набор инструментов для эффективного принятия управленческих решений и оптимизации выполнения программ с учетом временных и ресурсных ограничений. Следующие функции Open Pln нацелены на обеспечение управления программами: Пулы ресурсов совместно используемыех в мультипроектах Единые коды и календари доступные в мультипроектах Выравнивание ресурсов для мультипроектов Назначение приоритетов проектов Суммирование параметров по уровням работ ресурсов Возможность задания взаимосвязей между...
40622. Проектирование технологического процесса обработки стакана 6.47 MB
  Под «технологией машиностроения» принято понимать научную дисциплину, изучающую преимущественно процессы механической обработки деталей и сборки машин и попутно затрагивающую вопросы выбора заготовок и методы их изготовления.
40623. Средства тестирования 134.02 KB
  Статьи Бесплатные семинары Курсы Форум Заказ ознакомительных версий Интегрированные решения для тестирования Rtionl Suite TestStudio пакет для комплексного тестирования надежности функциональности рабочей нагрузки клиентсерверных Jv Web и ERPприложений. В состав Rtionl Suite TestStudio входят в числе прочих следующие компоненты для тестирования приложений: Rtionl PurifyPlus Rtionl Robot Rtionl TestMnger Rtionl ClerQuest Подробная информация о продукте Rtionl Test RelTime комплексное решение для тестирования...
40624. Средства управления конфигурацией ПО — PVCS (Merant), ClearCase (Rational Software) 16.3 KB
  ClerCse Рекомендованный как средство контроля для командной разработки ClerCse превосходно справляется с возложенной на него задачей. Являясь по сути высоко масштабируемым приложением клиентсервер ClerCse объединяет всех участников проекта единой средой хранящей всю возможную информацию относящуюся к проекту позволяя получать последние версии редактируемых файлов. Посредством ClerCse команда разработчиков может ускорить циклы разработки убедиться в точности релизов создавая новые надежные в эксплуатации продукты а также дорабатывать...