РАБОТА №1. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ
Цели работы
1. Получить экспериментальные статические характеристики германиевых и кремниевых полупроводниковых диодов для области прямых токов.
2. Получить экспериментальные статические характеристики тех же диодов для области обратных токов.
3. По экспериментальным статическим характеристикам определить параметры низкочастотных моделей диодов.
4. Получить экспериментальные статические характеристики p-n переходов биполярного транзистора.
Принципиальная схема измерительных цепей
На рис.3.1. представлена схема измерительных цепей блока №1 стенда. Схема состоит из двух частей. Правая часть предназначена для наблюдения статических характеристик диодов и p-n переходов транзисторов в области прямых токов.
Рис.3.1. Схема измерительных цепей блока №1
Для измерения прямой ветви вольт-амперной характеристики (ВАХ) диода напряжение от генератора через выпрямительный диод 
и резистор 
=1 кОм поступает на последовательную цепочку из исследуемого диода 
и измерительного сопротивления 
=5,1 Ом. Напряжение с гнезда «Х» используется для горизонтальной развертки осциллографа, напряжение с гнезда «Y», пропорциональное току диода, поступает на канал вертикального отклонения луча осциллографа.
Таким образом, на экране осциллографа будут наблюдаться статические характеристики исследуемого диода (или p-n перехода транзистора). Диоды и транзисторы смонтированы на сменных панельках и могут легко заменяться.
Левая часть схемы предназначена для наблюдения обратных (отрицательных) ветвей вольтамперных характеристик диодов 
(p-n переходов n-p-n биполярных транзисторов). Так как токи диодов в обратном направлении гораздо меньше, чем в прямом, гасящее сопротивление 
более высокоомно, чем ( =1 кОм). Питание цепи подается также от генератора через выпрямительный диод и резистор 
=10 кОм.
|
|
Задание
А. Выполняется при подготовке
1. Изобразить ожидаемые статические характеристики германиевого и кремниевого диодов.
2. Предполагая, что при измерительном сопротивлении 
= 5,1 Ом максимальный прямой ток через диод должен быть равен 10 мА, найти пределы изменения напряжения на входе Y (вертикального отклонения луча осциллографа) при экспериментальном определении прямых ветвей статических характеристик германиевого и кремниевого диодов.
3. Изложить методику определения параметров низкочастотной нелинейной модели диода по экспериментальной статической характеристике с учетом влияния измерительного сопротивления = 5,1 Ом.
Б. Выполняется в лаборатории
4. Собрать схему для наблюдения прямой ветви статических характеристик полупроводниковых диодов, подключив к соответствующим точкам измерительной цепи генератор и осциллограф. Установить чувствительность по каналу I - 0,1 В/дел, по каналу II - 10 мВ/дел.
5. Установить в качестве для исследования прямой ветви статической характеристики германиевый диод. Подобрав чувствительности каналов осциллографа, получить 4 - 5 точек экспериментальной статической характеристики для области токов до 10 мА. Зарисовать (сфотографировать) статическую характеристику германиевого диода.
6. Установить в качестве кремниевый диод. Получить 4 - 5 точек прямой ветви экспериментальной статической характеристики для области токов до 10 мА. Зарисовать (сфотографировать) статическую характеристику кремниевого диода.
|
|
7. Установить в качестве германиевый диод в цепь для исследования обратной ветви статической характеристики диода. Установить максимальную амплитуду напряжения генератора сигналов, получить и зарисовать (сфотографировать) обратную ветвь характеристики. Определить и записать значения обратного тока диода при обратных напряжениях 2 и 10 В.
8. Повторить эксперимент, описанный в п.7, с кремниевым диодом и сравнить результаты этих измерений.
9. Установить в качестве коллекторный p-n переход кремниевого биполярного транзистора для измерений прямой ветви. Получить и зарисовать (сфотографировать) характеристику. Повторить измерения с эмиттерным p-n переходом. Сравнить результаты.
10. Установить в качестве коллекторный p-n переход биполярного транзистора для исследования обратной ветви статической характеристики. Оценить значения обратного тока при нескольких величинах обратного напряжения и определить, достигается ли пробивное напряжение. Повторить измерения с эмиттерным p-n переходом. Измерить напряжение пробоя эмиттерного перехода.
11. По результатам измерений, выполненных в пп.7 и 8, определить параметры низкочастотных нелинейных моделей диодов (ток насыщения 
и сопротивление диода 
), и, пользуясь этими параметрами, построить характеристики диодов в интервале токов до 10 мА.
12. Сравнить найденные по результатам измерений прямой ветви токи насыщения p-n перехода с реальными обратными токами. Результаты представить в виде таблицы.
|
|
Содержание отчета
Отчет по работе должен содержать результаты домашней подготовки, осциллограммы (при фотографировании рекомендуется делать фотографии осциллограмм, захватывая на снимках не только экран осциллографа, но и всю его переднюю панель, чтобы на снимке были видны положения ручек управления, позволяющие определять цены делений), результаты измерений параметров статических характеристик, выводы по проделанной работе.
3.5. Контрольные вопросы
1. Пояснить, каким образом получается изображение статической характеристики диода на экране осциллографа. Какую роль играет форма напряжения?
2. Как влияет увеличение измерительного сопротивления на форму наблюдаемой характеристики?
3. Как изменится прямая ветвь статической характеристики, если температуру кремниевого диода увеличить на 50 К?
4. В чем сходство и различие прямых ветвей статических характеристик германиевых и кремниевых диодов?
5.Как учесть и исключить при обработке измерений влияние измерительного сопротивления на форму прямой ветви статической характеристики диода?