Порядок выполнения эксперимента

Методические указания к лабораторной работе №1

 

Тема: «Полупроводниковый диод. Стабилитрон. Светодиод».

 

Цель:

1. Исследование напряжения и тока диода при прямом и обратном смещении p-n перехода.
2. Построение и исследование вольтамперной характеристики (ВАХ) полупроводникового диода.
3. Построение обратной ветви вольтамперной характеристики стабилитрона и определение напряжения стабилизации.
4. Исследование влияния напряжения, тока светодиода и его полярности на световую эмиссию.
5. Закрепление теоретического материала.

 

Полупроводниковый диод

Общие сведения

 

Двухэлектродный полупроводниковый элемент - диод содержит n - и p -проводящий слои (рисунок 1.1). В n -проводящем слое в качестве свободных носителей заряда преобладают электроны, а в p -проводящем слое - дырки. Существующий между этими слоями p-n переход имеет внутренний потенциальный барьер, препятствующий соединению свободных носителей заряда. Таким образом, диод блокирован.

Рисунок 1.1

При прямом приложении напряжений («+» к слою p, «—» к слою n) потенциальный барьер уменьшается, и диод начинает проводить ток (диод открыт). При обратном напряжении потенциальный барьер увеличивается (диод заперт). В обратном направлении протекает только небольшой ток утечки, обусловленный неосновными носителями.

 

Экспериментальная часть

 

Снять вольтамперную характеристику полупроводникового диода в прямом и обратном направлениях.

 

Порядок выполнения эксперимента

· К диоду (рисунок 1.2 а) при прямой полярности приложите напряжение постоянного тока U_ПР, величины которого указаны в таблице 1.1, измерьте с помощью мультиметра соответствующие токи I_ПР и ихзначения занесите в таблицу. Используйте при этомсхему измерения с погрешностью по току.

в

Рисунок 1.2

Таблица 1.1

 

UПР, В		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,65	0,7
IПР, мА

 

• Измените полярность диода, переключите вольтметр для измерений с погрешностью по напряжению как показано на рисунке 1.2б и повторите эксперимент при величинах обратных напряжений, указанных в таблице 1.2. Для получения напряжений больше 15 В соедините два источника последовательно.

Таблица 1.2

 

UОБР, В		2,5						29,7
IОБР, мкА

Точные измерения обратного тока (I_ОБР)возможны только с помощью высокочувствительного мультиметра.

 

• Перенесите измеренные данные из таблиц на график (рисунок 1.3) и постройте вольтамперную характеристику диода.

 

 

Рисунок 1.3

Стабилитрон

 

Общие сведения

 

Стабилитрон представляет собой кремниевый диод, характеристика которого в открытом состоянии такая же, как у выпрямительного диода. Отличие стабилитрона - в относительно низком напряжении пробоя при обратном напряжении. Когда это напряжение превышено, ток обратного направления возрастает скачком (эффект Зенера). В выпрямительных диодах такой режим является аварийным, а стабилитроны нормально работают при обратном токе, не превышающем максимально допустимого значения.

Чтобы избежать перегрузки, последовательно со стабилитроном включают балластный резистор. Величина его вычисляется следующим образом:

 

R_БАЛ = (U_РАБ - U_СТ) ¤ (I_СТ + I_НАГР),

где U_РАБ - приложенное рабочее напряжение,

U_СТ - напряжение стабилизации стабилитрона испытываемого типа,

I_СТ - допустимый ток стабилизации,

I_Н - ток в резисторе нагрузки R_Н, включенном параллельно стабилитрону.

Свойства стабилитронов делают их пригодными для стабилизации и ограничения напряжений.

 

Экспериментальная часть

 

Снять с помощью осциллографа вольтамперную характеристику и определить напряжение U_СТ стабилитрона. Работа может быть выполнена как с помощью электронного, так и виртуального осциллографа.

 

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь согласно схеме (рисунок 1.4) и подайте на вход синусоидальное напряжение 24 В частотой 50 Гц. На схеме A и V —входы коннектора.
• Включите и настройте виртуальный осциллограф в режиме X-Y (A – горизонтальный вход, V – вертикальный вход).

 

Рисунок 1.4

 

 

• Перенесите изображение с экрана осциллографа на график (рисунок 1.5).

 

Рисунок 1.5

 

 

Светодиод

 

Общие сведения

 

В случаях, когда полупроводниковые диоды выполнены из таких материалов как арсенид галлия или фосфид галлия, часть подводимой к ним электрической энергии преобразуется не в тепло, как в других полупроводниках, а в световые потоки с намного более короткой длиной волны. Цвет излучения определяется выбором соответствующего материала и присадками. Цвет может быть инфракрасным, красным, желтым, оранжевым, зеленым или даже голубым.

 

Экспериментальная часть

 

Изучить влияние напряжения U_СД, тока I_СД светодиода и его полярности на световую эмиссию.