Лабораторная работа № 1.2

 

Тема: Снятие вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов

Цель работы:

– исследовать режимы работы германиевого и кремниевого диодов при подаче прямого и обратного напряжений.

– на основании полученных результатов построить вольтамперные характеристики полупроводниковых диодов.

 

Теоретические сведения:

Основным элементом полупроводниковых диодов является p-n переход, разделяющий два полупроводника с различной примесной проводимостью. Такой переход обладает вентильными свойствами, т.е. пропускает электрический ток в одном направлении.

Различают два основных вида диодов: плоскостные и точечные.

Первые применяются для выпрямления переменного тока, а вторые для детектирования сигналов. В первых используется p-n переход, имеющий относительно большую площадь, а во вторых – контакт между полупроводником и металлическим острием.

В микрозоне полупроводника под острием возникает p-проводимость, а в прилегающей к ней зоне – n-проводимость. Площадь p-n перехода в этом случае очень мала, а, следовательно, мала и его ёмкость, что позволяет применять такие диоды для детектирования высокочастотных маломощных сигналов.

Плоскостные диоды изготавливаются главным образом методами сплавления (вплавления) или диффузии.

 

 

Рассмотрим свойства p-n-перехода, возникающего при соприкосновении двух полупроводников с различными типами электропроводимости.

Если до соприкосновения в обоих полупроводниках электроны, дырки и неподвижные ионы распределены равномерно, то при соприкосновении полупроводников в пограничном слое происходит рекомбинация (воссоединение) электронов и дырок. Свободные электроны из зоны полупроводника n-типа занимают свободные уровни в валентной зоне полупроводника р-типа. В ре­зультате вблизи границы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда и поэтому обладающий высоким электрическим сопротивлением,— так называемый запираю­щий слой. Толщина запирающего слоя обычно не превышает нескольких микрометров.

Расширению запирающего слоя препятствуют неподвижные ионы донорных и акцепторных примесей, которые образуют на границе полупроводников двойной электрический слой. Этот слой опре­деляет контактную разность потенциалов (потенциальный барьер) на границе полупроводников. Возникшая разность потенциалов создает в запирающем слое электрическое поле, пре­пятствующее как переходу электронов из полупроводника n-типа в полупроводник р-типа, так и переходу дырок в полупроводник n-типа. В то же время электроны могут свободно двигаться из полу­проводника р-типа в полупроводник n-типа, точно так же как дырки из полупроводника n-типа в полупроводник р-типа. Таким образом, контактная разность потенциалов препятствует движению основных носителей заряда и не препятствует движению неосновных носителей заряда.

Если к p-n-переходу приложить внешнее напряжение, которое создает в запирающем слое электрическое поле, совпадающее по направлению с полем неподвижных ионов, то это приведет лишь к расширению запирающего слоя, так как отведет от контактной зоны и положительные, и отрицательные носители заряда (дырки и электроны).

При этом сопротивление p-n-перехода велико, ток через него мал — он обусловлен движением неосновных носителей заряда. В этом случае ток называют обратным, а p-n-переход — закрытым.

При противоположной полярности источника напряжения внешнее электрическое поле направлено навстречу полю двойного электрического слоя, толщина запирающего слоя уменьшается и при напряжении 0,3—0,5 В для германиевых диодов и 0,6-0,7 В для кремниевых запирающий слой исчезает. Сопротивление p-n-перехода резко снижается, и возникает сравнительно большой ток. Ток при этом называют прямым, а переход— открытым. Сопротивление открыого p-n-перехода определяется только сопротивлением полупроводника.

 

ЗАДАНИЕ

1. Введите схему для испытаний диодов (рис.1) в поле Electronics Work Bench.

2. Установите внутреннее сопротивление амперметра равным 1 пикаом и внутреннее сопротивление вольтметра - 10 мегаом.

 

Рисунок 1

 

Снимите вольт-амперные характеристики (зависимость тока от напряжения) для трёх произвольно выбранных диодов разных фирм из библиотеки «Diods», причём один из диодов обязательно возьмите из библиотеки “Int_shot”. Результаты измерений занесите в таблицы №1-3. Форма таблиц 2 и 3 аналогичны форме первой таблицы.

 

 

Таблица 1

 

U, пр., (В)	I, пр., (мА)	U, обр., (В)	I, обр., (мкА)	R, пр. (Ом)	R, обр. (Ом)
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,75
0,8
0,85

 

 

3. Постройте вольтамперные характеристики для испытанных диодов в прямоугольной системе координат. Масштабы токов и напряжений, откладываемых по осям в прямом и обрат­ном направлениях, следует выбрать различными.

4. Рассчитайте прямые и обратные сопротивления диодов.

5. Оформите отчёт по лабораторной работе. Отчёт должен содержать:

– титульный лист с названием работы

– цель работы

– задание на лабораторную работу.

– схему измерительной установки с обоснованием её выбора.

– таблицы результатов проведённых экспериментов.

– графики ВАХ трёх испытанных диодов в прямоугольной системе координат.

– результаты расчёта прямого и обратного сопротивлений диодов.

– выводы по работе.