1. Цель работы: изучить основные свойства, характеристики и параметры полупроводниковых диодов, экспериментально исследовать их вольтамперные характеристики (ВАХ) и возможности применения диодов в электронных схемах.
1.1 Ознакомиться с особенностями работы ПП выпрямительного диода;
1.2 Получить навыки по исследованию диодов;
1.3 Ознакомиться с особенностями работы стабилитрона;
1.4 Приобрести навыки по экспериментальному снятию характеристик.
2 Литература:
2.1 Щука А.А. Электроника. Учебное пособие. Под ред. профессора
2.5 Игумнов Д.В. Основы полупроводниковой электроники: Учебное пособие для вузов.- М.: Горячая линия - Телеком, 2005.
2.6 Коваленко А.А. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов / А.А. Коваленко, М.Д. Петропавловский.- 2-е изд., стереотип.- М.: Академия, 2008.
3 Подготовка к работе:
3.1 Повторить раздел полупроводниковые диоды;
3.2 Ответить на вопросы но допуску к работе:
3.2.1 Что называется полупроводниковым диодом?
3.2.2 Свойства выпрямительного диода;
3.2.3 Типы выпрямительных диодов;
3.3 Повторить раздел «Полупроводниковый стабилитрон»;
3.3.1 В каком режиме работает стабилитрон?
3.3.2 Почему напряжение на стабилитроне остается постоянным при увеличении обратного тока?
3.3.3 Назначение резистора Rогр.
3.2.4 Подготовить бланк отчета.
4 Основное оборудование:
4.1 Для исследования используется компьютерная программа;
Приборы для прямого включения диода:
4.2.1 Миллиамперметр на 20 мА, а затем на 100 мА;
4.2.2 Вольтметр на 1 В;
4.2.3 Регулируемый источник на 1 В.
Приборы для обратного включения диода:
4.3.1 Регулируемый источник на 100 В;
4.3.2 Вольтметр на 100 В;
4.3.3 Микроамперметр на 5 мкА.
Приборы для исследования стабилитрона
4.4.1 Регулируемый источник на 30В;
4.4.2 Миллиамперметр на 20мА;
4.4.3 Вольтметр V1, на 30В;
4.4.4 Вольтметр V2, на 30В;
4.4.5 Ограничительный резистор, на 500 Ом;
4.4.6 Стабилитрон;
5 Задание:
5.1 Исследовать выпрямительный диод в прямом и обратном включении.
5.2 Исследовать стабилитрон в обратном включении.
6. Порядок выполнения работы:
6.1 Собрать схему для исследования диода в прямом включении (рисунок 1)
Рисунок 1 - Схема для исследования диода в прямом включении.
6.2 Снять прямую ветвь ВАХ диода, результаты измерения занести в таблицу
Последовательно устанавливая значения прямого тока Iпр диода, задаваемого током источника тока, равным: 0 – 10мА, запишите значения напряжения Unp и тока Iпр диода в таблицу
6.3 Собрать схему для исследования и выпрямительного диода в обратном включении (рисунок 2).
Рисунок 2 - Схема для исследования диода в обратном включении.
6.4 Снять обратную ветвь ВАХ диода. Последовательно устанавливая ЭДС источника равными 0 – 50 В, запишите значения тока Iобр и напряжения Uобр в таблицу.
6.5 Показания приборов занести в таблицу
6.6 По полученным данным постройте графики Iпр(Unp) и Iобр(Uобр), сделать выводы.
6.7 Исследовать работу параметрического стабилизатора напряжения рисунок 3
Рисунок 3 - Схема для исследования стабилитрона
6.8 В схему установить измерительные приборы, как это показано на рисунке 4
Рисунок 4
6.9 Измерить напряжение V2 на выходе схемы и токи во всех ветвях A1, A2, A3 при различных сопротивлениях нагрузки Rn. Результаты измерений занести в таблицу
6.10 Построить нагрузочную характеристику Uвых=F(Rn). Определить интервал значений сопротивлений Rn при которых схема успешно стабилизирует выходное напряжение.
6.11Снять статическую вольтамперную характеристику (ВАХ) диода используя осциллограф. Это наиболее быстрый и удобный способ исследования ВАХ, непосредственно наблюдая ее на экране осциллографа.
6.12 Собрать схему, приведенную на рисунке 5
Рисунок 5 – Измерение ВАХ диода с помощью осциллографа
6.13Получить на экране осциллографа изображение ВАХ. Для этого: на выходе генератора установить треугольный сигнал с амплитудой 10В, частотой 10Гц и скважностью 50% .
Осциллограф поставить в режим В/А. При таком подключении координата точки луча по горизонтальной оси осциллографа будет пропорциональна напряжению, подаваемому на А-вход, а по вертикальной – току через диод. Поскольку напряжение в вольтах на резисторе 1 Ом численно равно току через диод в амперах (I=U/R=U/1=U), по вертикальной оси можно непосредственно считывать значения тока. Это и позволит получить вольтамперную характеристику непосредственно на экране осциллографа. Таким образом, ток и напряжение в каждой точке ВАХ вычисляются из соотношений: I = Y Ky.канВ , U= X Ky.канА , где Y, X&nb– координата точки луча, в делениях шкалы осциллографа; Ky.канА , Ky.канВ – масштабные множители осциллографа по оси Y каналов А и В, причем в размерности множителя канала В Ky.канВ 1мВ соответствует 1мА.
Подобрать значения Ky.канА , Ky.канВ так, чтобы луч не выходил за пределы экрана, а изображение ВАХ было по возможности максимальным. Осевые линии на сетке экрана совпадают с осями ВАХ.
6.14 Снять статическую ВАХ диода в режиме большого сигнала, когда амплитуда сигнала превышает максимальное допустимое обратное напряжение т.е.Um>|Uобр.max|.
Установить на выходе генератора треугольный сигнал с амплитудой 40В, смещением –10В, частотой 1Гц
Получить на экране осциллографа изображение ВАХ
6.15 Зарисовать в отчет статическую ВАХ с нанесением по осям координат масштабов соответствующих значениям токов и напряжений. Определить максимальное допустимое обратное напряжение (Uобр.max=__).
7 Содержание отчета:
7.1 Цель работы;
7.2 Ответы на вопросы допуска
7.3 Схемы
7.4 Результаты измерений и характеристики, построенные согласно измерениям;
7.5 Расчет параметров;
7.6 Выводы.
7.7 Ответы на контрольные вопросы
8 Контрольные вопросы:
8.1 Объясните механизм образования p-n-перехода;
8.2 Отчего и как зависит контактная разность потенциалов и толщина p-n-перехода;
8.3 Написать уравнение ВАХ для идеального p-n-перехода;
8.4 Написать уравнение ВАХ для реального p-n-перехода;
8.5 Нарисовать ВАХ идеального (реального) диода;
8.6 Указать виды пробоя p-n-перехода;
8.7 Нарисовать ВАХ прямой ветви германиевого диода при разной температуре +20°С, +70°С, -50°С. Дать пояснения;
8.8 Нарисовать ВАХ прямой ветви кремниевого диода при разной температуре. Дать пояснения;
8.9 Нарисовать ВАХ обратной ветви кремниевого диода;
8.10 Нарисовать ВАХ обратной ветви германиевого диода;
8.11 Почему с увеличением температуры Uобр пробивное у диодов изменяются по-разному?
8.12 Написать основные предельные электрические параметры;
8.13 Какие параметры диода можно рассчитать по ВАХ?
