Часть 1. Исследование ВАХ полупроводникового кремниевого диода

Лабораторная работа №1

Диоды. Диоды Шоттки

Цель лабораторной работы:

Изучить устройство, принципы действия и основные характеристики полупроводникового диода и диода Шоттки.

 

Задачи лабораторной работы:

- Построение и исследование вольт-амперных характеристик (ВАХ) полупроводникового кремниевого диода и диода Шоттки.

- Анализ и сравнение ВАХ кремниевого диода и диода Шоттки.

 

Теоретические сведения

Теоретические сведения по устройству, принципу действия и основным характеристикам полупроводникового диода и диода Шоттки приведены в лекциях 3 и 4 курса.

 

Задание для выполнения лабораторной работы

Провести исследование свойств диодов, выполнив серию экспериментов для построения ВАХ кремниевого диода и диода Шоттки. Сравнить ВАХ диодов, полученные экспериментальным путем, с ВАХ этих же диодов, приведёнными в справочной литературе. Сделать выводы.

 

Методические указания для выполнения лабораторной работы

Для создания и анализа схемы в программном пакете NI Multisim необходимо использовать следующие элементы:

 

Наименование элемента или прибора	Расположение элемента или прибора
резистор	Basic → Resistor
источник постоянной ЭДС	Sources → Power_Sources → DC_Power
измерительные элементы: амперметры, вольтметры	Sources → Indicators
кремниевый диод; диод Шоттки	Diodes → DIODE; Diodes → SCHOTTKY_DIODE
общий провод (земля )	Sources → Power_Sources → Ground

 

При выполнении работы необходимо следовать изложенному ниже порядку выполнения лабораторной работы.

Порядок выполнения лабораторной работы

Часть 1. Исследование ВАХ полупроводникового кремниевого диода

 

1.1 Используя программный продукт NI Multisim собрать схему для снятия ВАХ кремниевого диода, изображенную на рис. 1. Марку диода выбрать из таблицы 1 в соответствии с номером подгруппы. Сопротивление резистора R1 рассчитать по формуле:

,

где (В) – максимальное напряжение источника ЭДС (см.п.1.2), 0.6 (В) – ориентировочное значение прямого напряжения на диоде при близком к нулю прямом токе, (А) – максимальный ток анода диода (из таблицы 1).

Инициировав процесс работы схемы при напряжении источника ЭДС V1 в 1 В, убедиться в её работоспособности по появлению показаний приборов (амперметра U1 и вольтметра U2). В случае отсутствия показаний приборов необходимо проверить правильность сборки схемы, а именно наличие всех соединений и подключение символа общий провод (земля ).

 

рис. 1.

 

Таблица 1

 

Вариант	Марка диода	Максимальный ток анода (А)	Напряжение пробоя (В)
	1N3493	35.0
	1N3611GP	2.0	120.5
	1S1553	0.1
	BA220	0.2
	1S1830	1.0
	BAR99	0.25

 

1.2 Пошагово изменяя величину напряжения источника ЭДС от 0 В до 2.0 В с шагом в 0.1 В, произвести измерение тока через диод и напряжения на диоде D1. Полученные на каждом шаге значения тока через диод и напряжения на диоде D1 (по показаниям амперметра U1 и вольтметра U2) занести в таблицу 2. Возможны нулевые показания амперметра.

 

Таблица 2

 

ЭДС, В		0.1	0.2	0.3	…
, А
, В

 

1.3 Используя полученные экспериментальные данные (таблица 2) построить прямую ветвь ВАХ диода, т.е. графическую зависимость прямого тока через диод D1 от напряжения на нём, расположив ветвь ВАХ в первом квадранте. Для большей наглядности начального участка ВАХ желательно построить две ВАХ диода (в двух системах координат), выбрав для первой ВАХ максимальное значение тока анода, отложенное по оси ординат, равным 10% от максимального тока анода , а для второй ВАХ максимальное значение тока анода, отложенное по оси ординат, равным 100% от максимального тока анода . По осям координат следует использовать равномерный масштаб.

 

1.4 В этих же системах координат построить ВАХ диода этой же марки, используя справочные данные. Следует учесть, что в справочной литературе ВАХ часто построены с использованием логарифмического масштаба.

 

1.5 Сравнить ВАХ, полученные экспериментально и справочные ВАХ. Сделать выводы.

 

1.6 Изменить полярность источника ЭДС. Это можно сделать двумя способами:

- отсоединить источник ЭДС от остальной цепи и перевернуть его (щелкнуть правой кнопкой мыши на источнике ЭДС, затем выбрать Flip Vertical), а затем снова соединить его проводами с остальной цепью;

- задать отрицательное значение напряжения на источнике ЭДС.

Увеличить значение сопротивления резистора R1 до 100 кОм (установить значение 100k в параметре Resistance).

1.7 Получить экспериментальные данные для построения первой части обратной ветви ВАХ диода. Для чего, пошагово изменяя величину напряжения источника ЭДС от 0 В до напряжения, равного 98% от напряжения пробоя (см. таблицу 1) с шагом в 20 В, произвести измерение тока через диод и напряжения U_акна диоде D1. Для варианта 5 следует выбрать шаг в 200 В. Полученные на каждом шаге значения тока I_а через диод и напряжения на диоде D1 (по показаниям амперметра U1 и вольтметра U2) занести в таблицу 3. Последний шаг может быть менее 20 В. Возможны нулевые показания амперметра.

 

Таблица 3

 

ЭДС (В)		-20	-40	-60	…
Iа.обр(mА)
Uак.обр (В)

 

1.8 Получить экспериментальные данные для построения второй части обратной ветви ВАХ диода. Для чего продолжить увеличение (по абсолютной величине) напряжения источника ЭДС от последнего значения, использованного при выполнении п.1.7. Увеличение напряжения источника ЭДС производить с шагом в 1 В и выполнить 10 шагов. Полученные результаты занести в таблицу 3.

1.9 Используя полученные экспериментальные данные (таблица 3) построить обратную ветвь ВАХ диода, т.е. графическую зависимость обратного тока через диод D1 от обратного напряжения на нём.

1.10 Сравнить результаты, полученные экспериментально и справочные данные об обратном токе диода. Сделать выводы.