Исследование полупроводникового диода

Цель работы: исследование напряжения и тока диода при прямом и обратном смещении р-n-перехода, построение и исследование вольтамперной характеристики (ВАХ) полупроводникового диода, исследование сопротивления диода при прямом и обратном смещении по вольтамперной характеристике, анализ сопротивления диода (прямое и обратное смещение) на переменном и постоянном токе, измерение напряжения изгиба вольтамперной характеристики.

Основные

Теоретические положения

Полупроводниковый диод представляет собой двухэлектродный прибор на основе электронно-дырочного перехода в кристалле полупроводника (рис. 13.1) и предназначен для преобразования переменного тока в пульсирующий ток одной полярности.

Если к диоду приложить напряжение в прямом направлении, когда положительный полюс источника энергии соединен с р-областью (анодом), а отрицательный – с n-областью (катодом), то потенциальный барьер p-n-перехода понижается и через диод протекает большой прямой ток даже при невысоком приложенном напряжении. При смене полярности приложенного к диоду напряжения потенциальный барьер повышается, и через диод протекает очень малый ток неосновных носителей заряда (обратный ток) даже при высоких значениях обратного напряжения.

Вольтамперная характеристика диода вследствие этого является резко несимметричной, и ее типичный вид представлен на рис. 13.2.

Рис. 13.2. Вольтамперная характеристика диода

При анализе электрических цепей, содержащих диоды, нелинейные ВАХ последних во многих случаях заменяют отрезками прямых, т. е. проводят кусочно-линейную аппроксимацию ВАХ. На рис. 13.2 прямая ветвь ВАХ диода аппроксимирована отрезками ОМ и MN. Отрезок MN проходит через точки K и L ВАХ, которые определяются по значению максимального прямого тока диода . Отрезок ОМ соответствует пороговому напряжению диода .

Обратная ветвь ВАХ диода заменяется отрезками прямых линий и . Отрезок выходит из начала координат и проходит через точку , положение которой на ВАХ диода определяется наибольшим обратным напряжением , где – напряжение пробоя диода. Отрезок параллелен оси тока и смещен относительно нее на величину напряжения пробоя.

Дифференциальное прямое сопротивление и дифференциальное обратное сопротивление диода определяются углами наклона отрезков MN и к оси токов на рис. 13.2 и могут быть вычислены по выражениям:

, .

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему (рис. 13.3, а) и включить. Мультиметр покажет напряжение на диоде при прямом смещении. Перевернуть диод и снова запустить схему, мультиметр покажет напряжение на диоде при обратном смещении. Вычислить ток диода при прямом и обратном смещении согласно формулам и , где
Е – напряжение источника питания.

а б

Рис. 13.3. Схемы для измерения: а – напряжения; б – тока диода

Запишите результаты в табл. 13.1.

Таблица 13.1