Изучение полупроводниковых диодов
ЛАБАРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Разработал Корнеев П.А.
Руководитель Погужельский С.А.
Цель работы:
Снятие и анализ вольтамперных характеристик германиевого и кремниевого диодов. Определение их параметров по характеристикам.
Выполнение работы:
1. Собрать схему исследования диодов, включённых в прямом направлении.
Рисунок 1 – Схема исследования диодов, включённых в прямом направлении.
2. Измеряя ток генератора в соответствии с таблицей 1 , записать показания вольтметра.
Таблица 1 – Данные для построения прямой ветви ВАХ диода
| Прямой тоокб Iпр, mA | 0,02 | 0,05 | 0,1 | 1,0 | 5,0 | 10,0 | 20,0 | 50,0 | 100,0 |
| Напряжение на диоде VD1, Uпр2,mB | 50.99 | 75.63 | 95.77 | 95.77 | |||||
| Напряжение на диоде VD2, Uпр2,mB | 553.2 | 577.3 | 595.4 | 655.1 | 696.7 | 714.7 | 732.6 | 756.3 | 774.2 |
3. Собрать схему исследования диодов, включенных в обратном направлении.
Рисунок 2 – Схема исследования диодов, включенных в обратном направлении.
4. Снять обратные характеристики диодов (проложив обратную полярность), имения напряжения в соответствии с таблицей 2.
Таблица 2- данные для построения обратной ветви ВАХ диода.
| Обратное напряжение на диоде Uобрт В | 0.1 | 1.0 | 10.0 | 50.0 | 100.0 | 100.1 | 100.2 | 100.3 | 100.4 |
| Ток через диод VD1, Iобр1 mAK | 4.692 | 2.746 | 14.78 | 54.78 | 104.8 | 328.6 | 11.00 | 8.362 | |
| Ток через диод VD2, Iобр2 mAK | 0.100 | 1.000 | 10.00 | 100.0 | 100.1 | 100.2 | 100.3 |
4. Построить ВАХ диодов в координатных осях.
График 1 – Вольтамперная характеристика (ВАХ) кремниевого диода.
График 2 – Вольтамперная характеристика (ВАХ) германиевого диода.
5. Определить режим работы диода в системе (рисунок 3) , при Е=2В, R=390Ом, используя ВАХ диода.
Рисунок 3 – Схема для определения режима работы диода 1N6098
6. Вывод: В ходе лабораторной работы с помощь Electronics Work bench V5.12 были собраны и исследованы схемы включения германиевого МВR1060 и кремниевого 1N6098 диодов. На основании снятых показаний построены вольтамперные характеристики кремниевого и германиевого диодов при прямом и обратном включении. Определён режим работы работы кремниевого диода 1N6098 (VD1) используя ВАХ этого диода.
Контрольные вопросы:
1. Что такое полупроводниковый диод?
Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами).
2. Из каких материалов изготавливаются диоды?
В качестве легирующего материала часто используют алюминий и индий. Все части будущего диода помещены в корпус, который, например, может быть маленьким стеклянным баллоном, из которого откачан воздух.
3. Сколько PN-переходов содержит диод?
Один.
4. Чем отличаются диоды, изготовленные из различных материалов?
Диоды, выполненные на основе кремния, имеют меньшую величину обратного тока и более высокую максимально допустимую температуру кристалла, чем германиевые диоды. Однако падение напряжения на кремниевых диодах в прямом включении примерно в два раза выше, чем на германиевых диодах.
5. Нарисуйте условное графическое обозначение (УГО) диода. Как называются его выводы. Запишите название выводов на рисунке.
+ анод, - катод
6. Какие приборы необходимы для снятия ВАХ диодов?
Осциллограф, Характериограф
7. Нарисуйте вольтамперную характеристику (ВАХ) диода. Расскажите о процессах, соответствующих характерным участкам ВАХ.
ID_MAX - максимальный ток через диод при прямом включении При прямом включении полупроводниковый диод способен выдержать ограниченную силу тока ID_MAX. Когда ток через прибор превышает этот предел, диод перегревается. В результате разрушается кристаллическая структура полупроводника, и прибор становится непригодным. Величина данной силы тока сильно колеблется в зависимости от разных типов диодов и их производителей.
IOP – обратный ток утечки
При обратном включении диод не является абсолютным изолятором и имеет конечное сопротивление, хоть и очень высокое. Это служит причиной образования тока утечки или обратного тока IOP. Ток утечки у германиевых приборов достигает до 200 µА, у кремниевых до нескольких десятков nА. Самые последние высококачественные кремниевые диоды с предельно низким обратным током имеют этот показатель около 0.5 nA.
PIV(Peak Inverse Voltage) - Напряжение пробоя
При обратном включении диод способен выдерживать ограниченное напряжение – напряжение пробоя PIV. Если внешняя разность потенциалов превышает это значение, диод резко понижает свое сопротивление и превращается в проводник. Такой эффект нежелательный, так как диод должен быть хорошим проводником только при прямом включении. Величина напряжения пробоя колеблется в зависимости от разных типов диодов и их производителей.