Вольт-амперная характеристика диода

Введение

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.

Плоскостные p-n-переходы для полупроводниковых диодов получают методом сплавления, диффузии и эпитаксии.

Условное графическое обозначение (рис. 1) зависит от конструкции диода.

а б в г д е

а – диод; б – стабилитрон; в – симметричный стабилитрон;

г – туннельный диод; д – варикап; е – обращённый диод

Рисунок 1 – Обозначение диодов на принципиальных схемах

Основные характеристики и параметры диодов:

- вольт-амперная характеристика;

- постоянный обратный ток диода;

- постоянное обратное напряжение диода;

- постоянный прямой ток диода;

- диапазон частот диода;

- дифференциальное сопротивление;

- ёмкость;

- пробивное напряжение;

- максимально допустимая мощность;

- максимально допустимый постоянный прямой ток диода.

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 (диаки, супрессоры) предназначены для защиты радио и бытовой аппаратуры от повышения сетевого напряжения.

- Умножительные

- Настроечные

- Генераторные

Типы диодов по частотному диапазону

- Низкочастотные

- Высокочастотные

- СВЧ

Типы диодов по размеру перехода

- Плоскостные

- Точечные

Типы диодов по конструкции

- Диоды Шоттки

- СВЧ-диоды

- Стабилитроны

- Стабисторы

- Варикапы

- Светодиоды

- Фотодиоды

- Pin диод

- Лавинный диод

- Лавинно-пролётный диод

- Диод Ганна

- Туннельные диоды

- Обращённые диоды

Вольт-амперная характеристика диода

Технические параметры диода в основном определяются его вольтамперной характеристикой (ВАХ), типовой вид которой представлен на рис. 1. Обозначения и определения основных параметров диодов и тиристоров регламентируются стандартами: «Термины, определения и буквенные обозначения» ГОСТ 20332-84. На характеристике можно выделить две типичные ветви: прямую и обратную. Прямая ветвь соответствует проводящему состоянию диода при полярности прямого напряжения. Обратная ветвь показывает закрытое состояние диода при соответствующей полярности обратного напряжения. Прямая ветвь характеризуется малыми значениями прямого напряжения на диоде, а обратная – малыми значениями тока, называемого обратным.

Вольт-амперная характеристика диода - student2.ru

Рисунок 2 – ВАХ диода

При подключении постоянного источника питания «плюсом» к аноду диода ( области р – типа ), а «минусом» к катоду ( области n – типа ) диод оказывается в открытом состоянии и в цепи потечёт ток, величина которого зависит от свойств прибора и величины приложенного напряжения. Прямая полярность подключения определяет движение электронов из области n – типа в сторону области р – типа, а «дырки» из области р – типа движутся навстречу электронам. Встречаясь в области р – n перехода носители рекомбинируют и прекращают своё существование. Отрицательный заряд батареи поставляет неограниченное число электронов в n область, а положительный сгенерирует неограниченное число «дырок» в р области. В таком случае сопротивление р – n перехода мало, что способствует протеканию прямого тока.

При обратном подключении источника питания к прибору, электрические заряды на диоде поведут себя по другому: электроны в области n проводимости будут стремиться к положительному заряду, удаляясь от р – n перехода. В свою очередь, дырки в области р проводимости станут перемещаться к отрицательному электроду так же удаляясь от р – n перехода. В итоге граница областей с различной проводимостью расширится и образует зону, обеднённую любыми носителями. Такая зона оказывает току большое сопротивление, однако небольшой обмен носителями здесь всё же происходит, а значит, есть и ток, но его величина во много раз меньше прямого. Этот ток принято называть обратным током диода.

Порядок выполнения работы:

1) запустить программу «Multisim»;

2) используя встроенную библиотеку компонентов и приборов составить схему из приложения А;

3) установить на генераторе синусоидальное напряжение 3В частотой 5 Гц;

4) запустить симуляцию, настроить осциллограф в режиме развёртки В-А так, чтобы было хорошо видно прямую ветвь (рис. 2) ВАХ диода;

5) остановить симуляцию, зарисовать ВАХ диода;

6) установить на генераторе синусоидальное напряжение 150 В частотой 5 Гц;

7) запустить симуляцию, настроить осциллограф в режиме развёртки В-А так, чтобы было хорошо видно обратную ветвь (рис. 2) ВАХ диода;

8) остановить симуляцию, зарисовать ВАХ диода;

9) сохранить созданную схему под своим именем;

10) аналогичным способом измерить ВАХ полупроводникового стабилитрона (приложение Б, настройки генератора – 4 В, 5 Гц);

11) составить схему для диака из приложения В;

12) мультиметр настроить на режим измерения тока, осциллограф на режим обычной временной развёртки;

13) повысив напряжение при помощи переключения обмоток трансформатора, убедиться в перегорании предохранителя;

14) остановить симуляцию, сделать выводы, объяснить что происходит;

15) составить схему выпрямительного моста (приложение Г);

16) установить на генераторе синусоидальное напряжение 9 В частотой 50 Гц;

17) запустить симуляцию, настроить осциллограф;

18) исследовать схему, меняя напряжение и переключая нагрузку, добиться перегорания лампы и предохранителей;

19) остановить симуляцию, сделать выводы, зарисовать осциллограммы;

20) составить схему исследования диода (приложение Д);

21) запустить симуляцию, переключиться на генератор синусоидальных колебаний, настроить осциллографы;

22) сравнить осциллограммы параллельных приборов;

23) переключиться на батарею постоянного тока, изменяя движок переменного резистора R1 построить зависимость напряжения U2 (XMM2) от напряжения U1 (XMM1);

24) сохранить схемы под своим именем;

25) закрыть программу;

26) ответить на контрольные вопросы.

27) оформить отчет в соответствии с требованиями стандарта предприятия СТП ОмГУПС 1.2-2005 г..

Содержание отчета:

1) титульный лист;

2) цель работы;

3) краткие сведения;

4) схемы;

5) диаграммы с комментариями;

6) ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы: