Задание №4 Получение ВАХ на экране осциллографа

Полупроводниковые диоды

Цель работы:

Исследование полупроводникового диода с использованием пакета Electronics Workbench.

Задание №1 Измерение напряжения и вычисления тока через диод.

Цель:Вычислите ток диода при прямом Iпр и обратном Iоб смещении

Прямое подключение Uпр=772.1 mV Iпр=(Е-Uпр)/R   Iпр=(10 V– 0,7721V)/100 Om

Обратное подключение Uоб.=10.00 V Iоб=(Е-Uоб) /R   Iоб=(10 V – 0,7721V)/100Om

Задание №2 Измерение тока.

Прямое подключение Iпр=92.28mA

Обратное подключение Iоб=0 mA

Задание №3 Снятие вольтамперной характеристики диода.

Прямая ветвь ВАХ   E,В Uпр, В Iпр, мА 0,6929 4,307 0,6861 3,314 0,6769 2,323 0,6626 1,337 0,6294 0,3706 0,5 0,4973 0,002735

Обратная ветвь ВАХ.   Е, B Uоб, В Iоб,мкА 4,995 4,995 9,99 9,99 14,98 14,98

дифференциальное сопротивление диода rдиф — отношение приращения

напряжения на диоде к вызвавшему его малому приращению тока

для Iпр =4 мА rдиф=ΔU/ΔI=0.03/4=0,0075 Ом

для Iпр = 0,4 мА rдиф=ΔU/ΔI=0,04/0,4=0,1 Ом

для Iпр = 0,2 мА rдиф=ΔU/ΔI=0,06/0,2=30 Ом

д) для Uобр= 5 В rдиф=ΔU/ΔI=5/0= ∞ Ом

е) При Iпр = 0.4 мА сопротивление диода: Rст= Unp /Iпр = 0,604/0,4=1,51 Ом

ж) Напряжение изгиба: Uизг=0,65 В

Задание №4 Получение ВАХ на экране осциллографа

U=13 мВ

Вывод:Выпрямительный диод исследован. Наблюдалось большое различие сопротивлений в прямом и обратном направлениях, что обуславливает вентильные свойства диода (способность к пропусканию тока в одном направлении).

Контрольные вопросы:

1. Сравните напряжение на диоде при прямом и обратном смещении по порядку величин. Почему они различны?

Проводимость (наличие тока) возникает тогда, когда к аноду приложен положительный, а к катоду – отрицательный потенциал. Это создает так называемое прямое смещение.

Блокирование (отсутствие тока) имеет место при подаче отрицательного потенциала на анод, а положительного – на катод. Это режим обратного смещения.

Есть два пути, по которым можно сместить диод p-n перехода.

1) Прямое смещение и 2) Обратное смещение

Основное различие между прямым смещением и обратным смещением в направлении подачи внешнего напряжения. Направление внешнего напряжения в обратном смещении противоположно внешнему напряжению в прямом смещении.

При прямом направлении тока напряжение минимальное, так как сопротивление диода в прямом направлении практически нулевое, а в обратном направление сопротивление стремится к бесконечности, а напряжение равно напряжению источника питания (исходя из формулы U=IR)

2. Сравните токи через диод при прямом и обратном смещении по порядку величин. Почему они различны?

Когда напряжение увеличивается, ток возрастает, формируя положительную часть ВАХ. Когда U отрицательно, диод не проводит, что соответствует режиму обратного смещения.

3. Что такое ток насыщения?

Ток насыщения - участок на графике ВАХ, на котором при увеличении напряжения, ток не изменяется, т. е. ток максимален. Следующим состоянием прибора (если продолжать увеличение тока) будет электрический пробой.

4. Существуют ли различия между величинами сопротивления диода на переменном и постоянном токе?

Диод - нелинейный элемент, не имеющий омического сопротивления.

Прямое и обратное сопротивления — это сопротивления в данной точке характеристики при постоянном токе соответствующего направления;

Дифференциальное сопротивление—это сопротивление при переменном токе; оно определяет наклон касательной, проведенной в данной точке вольтамперной характеристики к оси абсцисс.

5. p - n переход и его свойства?

Элементы V группы имеют пять валентных электронов, поэтому при образовании валентных связей один электрон оказывается лишним . Такие полупроводники обладают электронной электропроводностью, так| как в них основными носителями заряда являются электроны. Они называются полупроводниками п-типа, а примесь, благодаря которой в полупроводнике оказался избыток электронов, называется донорной.

При соприкосновении полупроводников в пограничном слое происходит рекомбинация (воссоединение) электронов и дырок. Сводные электроны из зоны полупроводника n-типа занимают свободные уровни в валентной зоне joHe полупроводника р-типа. В результате вблизи границы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда и поэтому обладающий высоким удельным сопротивлением,- так называемый запирающий слой.

Если к p-n-переходу приложить внешнее напряжение U_обр которое создает в запирающем слое электрическое поле напряженностью Е_вн совпадающее по направлению с полем неподвижных ионов напряженностью Е_зап ., то это приведет к расширению запирающего слоя, так как носители заряда уйдут от контактной зоны. При этом сопротивление p-n-перехода велико, ток через него мал, так как обусловлен I_обр, а p-n-переход – закрытым.

Противоположной полярности источника напряжения внешнее поле направлено навстречу полю двойного электрического слоя, толщина запирающего слоя уменьшается. Сопротивление p-n-перехода резко снижается и возникает сравнительно большой ток. В этом случае ток называют прямым I_пр, а p-n-переход – открытым. В p-n-переходах могут возникать пробои – лавинный, электрический, тепловой и туннельный.

Для электрического пробоя характерна обратимость, заключающая в том, что первоначальные свойства p-n-перехода восстанавливаются, если снизить напряжение на p-n-переходе. Благодаря этому электрический пробой используют в качестве рабочего режима в полупроводниках.