Лабораторная работа №2 Исследование полупроводниковых диодов
Цель работы: Снятие и анализ вольтамперных характеристик германиевого и кремниевого диодов. Определение их параметров по характеристикам.
Вопросы для самоподготовки
1. Что такое полупроводниковый диод?
2. Из каких материалов изготавливаются диоды?
3. Сколько PN-переходов содержит диод?
4. Чем отличаются диоды, изготовленные из различных материалов?
5. Нарисуйте условное графическое обозначение (УГО) диода. Как называются его выводы. Запишите название выводов на рисунке.
6. Какие приборы необходимы для снятия ВАХ диодов?
7. Нарисуйте вольтамперную характеристику (ВАХ) диода. Расскажите о процессах, соответствующих характерным участкам ВАХ.
8. Перечислите основные параметры диодов. Охарактеризуйте каждый из них.
9. Как определить режим работы диода по нагрузочной прямой?
10. Назовите разновидности полупроводниковых диодов. Поясните их особенности и область применения.
Порядок выполнения работы
1. Собрать схему исследования диодов, изображенную на рисунке 1.
Рисунок 1 – Схема исследования диодов, включенных в прямом направлении.
2. Двойным щелчком левой кнопки мыши на генераторе тока открыть его свойства и установите ток 1 мкА (1 µА).
3. Открыть свойства первого диода и на вкладке Models выбрать диод SB040 (general2), а на вкладке Label в строку Label вписать обозначение VD1. Нажать OK.
4. Повторить операцию для второго диода, обозначив его VD2 и выбрав диод 1N4153 (national).
5. Включить схему переключателем, расположенным в правом верхнем углу экрана или нажатием клавиш [CTRL]+[G] (для отключения служит комбинация [CTRL]+[T]). При изменении параметров схемы возможно потребуется повторное включение.
6. Изменяя ток генератора в соответствии с таблицей 1, записать показания вольтметра.
Таблица 1 – Данные для построения прямой ветви ВАХ диода
7. Подключить диод VD2 к генератору тока, нажав клавишу [Пробел] (для управления переключателем можно использовать другую клавишу; для этого ее нужно задать в свойствах компонента).
8. Повторить измерения для второго диода.
9. Собрать схему, изображенную на рисунке 2.
Рисунок 2 – Схема исследования диодов, включенных в обратном направлении
10. Снять обратные характеристики диодов, изменяя напряжение в соответствии с таблицей 2.
Таблица 2 – Данные для построения обратной ветви ВАХ диода
12. Определить режим работы диода в схеме (Рисунок 3), при Е=2В, R1=39 Ом, используя ВАХ диода. Найти сопротивление постоянному току и дифференциальное сопротивление диода.
Рисунок 3 – Схема для задачи пункта 12
13. Сделать вывод. Вывод должен содержать описание теоретических положений, подтвержденных экспериментально в процессе выполнения работы.
1. Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n -перехода.
2. Большую группу Полупроводниковые материалы составляют химические соединения типа AIII BV(элементов III группы с элементами V группы) —арсениды, фосфиды, антимониды, нитриды (GaAs,InAs, GaP, lnP, InSb, AlN, BN и др.). Их получают различными методами изготовления монокристаллов как из жидкой, так и из газовой фазы
3. У диодов 1 P-Nпереход
4.Бывают диоды из различных полупроводниковых материалов, предназначенные для низких или высоких частот
5.
6. Для снятия ВАХ требуются вольтметр и амперметр
7. ВАХ мы можем пронаблюдать на графике в пункте 11 по таблице 1. По графику можно сказать что диод работает в режиме усиления судя по возрастанию напряжения при росте силы тока.
На промежутках от 0 до 5 мА происходит быстрое увеличение напряжения, далее рост напряжения происходит в линейном режиме на обоих диодах.
8.Постоянное прямое напряжение Uпр - Постоянное напряжение на диоде при заданном прямом токе.
Постоянное обратное напряжение Uобр - Постоянное напряжение приложенное к диоду в обратном направлении.
Постоянный прямой ток Iпр - постоянный ток, протекающий через диод в прямом направлении.
Постоянный обратный ток Iобр - постоянный ток, протекающий через диод в обратном направлении при заданном обратном напряжении.
Средний прямой ток Iпр.ср. - прямой ток, усредненный за период.
Средний обратный ток Iобр.ср. - обратный ток, усредненный за период.
Дифференциальное сопротивление диода rдиф - отношение приращения напряжения на диоде к вызвавшему его малому приращению тока.
Максимально допустимые параметры: К ним относятся все вышеперечисленные только с индексом "max" и словами "максимально допустимый(ое)". Необходимо отметить, что по максимально допустимым параметрам выбираются диоды для работы в каких-либо устройствах.
9. Стационарный - длительный режим работы СПП при неизменном или изменяющемся в ограниченных пределах (до 20%) токе (среднее и действующее значения прямого тока для диодов и тока в открытом состоянии для тиристоров) и неизменном или изменяющемся в тех же пределах амплитудном значении прикладываемого к СПП напряжения. В стационарном режиме работы состояние СПП определяется в основном максимальным значением эквивалентной температуры его полупроводниковой структуры;
повторно-кратковременный режим работы СПП при дискретно изменяющемся от нуля до максимума токе (среднее и действующее значения прямого тока диода и тока в открытом состоянии тиристора) и при неизменном или изменяющемся амплитудном значении прикладываемого к СПП напряжения.
импульсный — режим работы СПП при нагрузке его кратковременными импульсами тока большой скважности, когда состояние СПП определяется мгновенным значением температуры его полупроводниковой структуры и локальным перегревом горячих точек
ждущий — длительный режим работы СПП при приложении к нему постоянного или переменного анодного напряжения в непроводящем состоянии без переключения СПП в проводящее состояние. В ждущем режиме состояние СПП в основном определяется локальным перегревом полупроводниковой структуры током утечки при приложении обратного напряжения и током закрытого состояния при приложении прямого напряжения к тиристору в закрытом состоянии.
Классификация диодов
Типы диодов по назначению
· Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.
· Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов, предназначены для применения в импульсных режимах работы.
· Детекторные диоды предназначены для детектирования сигнала
· Смесительные диоды предназначены для преобразования высокочастотных сигналов в сигнал промежуточной частоты.
· Переключательные диоды предназначены для применения в устройствах управления уровнем сверхвысокочастотной мощности.
· Параметрические
· Ограничительные диоды предназначены для защиты радио и бытовой аппаратуры от повышения сетевого напряжения.
· Умножительные
· Настроечные
· Генераторные