Тольяттинский Государственный Университет
Кафедра «Промышленная Электроника»
Отчет о лабораторной работе № 1
Определение свойств, параметров вольтамперной характеристики выпрямительных диодов и степени их соответствия техническим условиям.
Руководитель: Глибин Е. С.
Исполнитель:
Группа
Бригада №
Тольятти 2012
1 Цель работы
Цель работы - достичь понимания свойств и характеристик полупроводниковых выпрямительных диодов, приобрести навыки экспериментального определения их вольтамперных характеристик (ВАХ) и практического определения соответствия их параметров техническим условиям или справочным данным.
2 Задачи работы
2.1 Изучить теоретический материал по выпрямительным диодам.
2.2 Выполнить экспериментальную часть работы в соответствии с программой и обработать результаты экспериментов.
2.3. По результатам проведенных работ оформить отчет и защитить его.
3Программа работ
3.1 Ознакомиться с методическими рекомендациями по выполнению данной работы.
3.2 Изучить теоретические сведения по электрофизическим явлениях в электронно-дырочных переходах, свойствам и параметрам полупроводниковых выпрямительных диодов по конспекту лекций по дисциплине "Твердотельная электроника" и литературе [1 - 4].
3.3 Подготовить формуляр отчета по лабораторной работе.
3.4 Ознакомиться с устройством лабораторного стенда и подготовить его к работе.
3.5 Снять прямые ветви ВАХ кремниевого и германиевого диодов.
3.6 Снять обратные ветви ВАХ этих же диодов.
3.7 Построить графики полученных ВАХ.
3.8 Определить величины порогового напряжения, напряжения пробоя и обратного тока.
3.9 Рассчитать по ВАХ зависимости статического Rc и динамического Rд сопротивлений от тока диода.
3.10 Определить по справочнику параметры номинального режима диодов и для номинального тока построить схемы замещения.
3.11 Сравнить параметры исследованных диодов с техническими условиями или со справочными данными.
3.12 Для цепи, состоящей из последовательно соединенных источника напряжения с величиной электродвижущей силы (ЭДС) равной Ео, нагрузочного резистора Rн = 1 кОм и диода, рассчитать изменение коэффициента h полезного действия (КПД) такой цепи при изменении Е в диапазоне ±10% от величины Е0. Ток диода при Е = Е0 принять равным 2 мА. Сравнить полученные зависимости для германиевого и кремниевого диодов и объяснить их.
2
3.13 Для цепи по п. 3.12 при Е = Ео рассчитать и построить графики зависимостей величины h цепи от изменения сопротивления резистора R в диапазоне от 500 Ом до 1,5 кОм.
3.14 Закончить оформление отчета и сделать выводы о степени соответствия исследованных диодов техническим условиям, сравнить свойства германиевого и кремниевого диодов и объяснить их отличия. Справочные данные на германиевые и кремниевые диоды приведены в приложении.
3.15 Защитить отчет.
4. Ход работы
4.1 При изучении теоретического материала обратили внимание на свойства полупроводников и электронно-дырочных переходов, связанных с различной шириной запрещенной зоны у разных полупроводниковых материалов. Повторили графоаналитические методы расчета режимов нелинейных цепей, а также условные обозначения элементов в электрических цепях и их буквенные обозначения по действующим ГОСТам. 4.2 Работа выполнена на модернизированном лабораторном стенде 87Л-01 "ЛУЧ". При выполнении экспериментальной части лабораторной работы использовали сменный планшет №1. Использованные приборы: 1) генератор тока (ГТ 0-10 мА) и генератор напряжения (ГН2 0-15 В и ГН3 30-100 В), находящиеся на нижней панели стенда, 2) мультиметры, находящиеся на правой и левой панелях стенда, 3)кремниевый или германиевый диод по указанию преподавателя, 5)соединительные провода. 4.3 Прямая ветвь ВАХ снималась по схеме, приведенной на левой части планшета (Рисунок 4.1), обратная ветвь - по схеме на правой части (Рисунок 4.3). Для точного получения результатов при малых значениях измеряемых величин устанавливали переключатели приборов на как можно меньшие диапазоны измерения, не допуская, тем не менее, зашкаливания приборов. Рисунок 4.1 – Схема стенда для снятия вольт – амперных характеристик диода в прямом включении 4.4 При снятии прямых ветвей ВАХ обратили внимание на полярности источников и приборов, указанные на левой схеме планшета и собрали схему в строгом соответствии с этими полярностями. Далее поставили переключатель одного из мультиметров в положение 2 мА, а второго - 2 В. Установили рукоятки ГТ "ГРУБО" и "ТОЧНО" в крайнее левое положение. После проверки собранной схемы преподавателем или лаборантом включили стенд, поставив включатель питания «Сеть» в положение "I" (включено). При этом должна загореться подсветка включателя. Вращая рукоятки "ГРУБО" и "ТОЧНО" генератора тока, сняли показания мультиметров в 10-12 точках. Максимальное значение задаваемого тока - 10 мА - превышаться не должно. Затем отключили питание стенда, полученные значения токов и напряжений занесли в таблицу (Таблица 4.1). После замены диода указанные действия повторили и значения токов и напряжений занесли в таблицу (Таблица 4.2). Построили точные графики полученных ВАХ обоих диодов (Рисунок 4.2). 4.5 При снятии обратных ветвей ВАХ собрали схему на правой части планшета стенда, соблюдая указанные на ней полярности приборов и источников (см. Рисунок 4.3). Поставили переключатель одного из мультиметров в положение 2 мА, переключатель второго в положение 200 В. Установили рукоятки ГН3 "ГРУБО" в крайнее левое положение. 4.6 После проверки собранной схемы включили стенд, поставив включатель питания «Сеть» в положение "I". При этом должна загореться подсветка включателя. Вращая рукоятку генератора напряжения "ГН 30-100 В", сняли показания приборов в 10-12 точках. Максимальное задаваемое напряжение - 100 В. Отключили стенд. Занесли в таблицу полученные значения токов и напряжений (Таблица 4.3). Диапазон прибора не позволял снять ВАХ диода Д9. Построили в первом приближении черновой график полученных ВАХ диода КД103 и показали его преподавателю. Разобрали схему. Сдали соединительные провода и сменные элементы лаборанту.
4.7 Построили точечный график полученных ВАХ диода КД103 (см. Рисунок 4.4). Поскольку масштабы токов и напряжений на осях графиков прямых и обратных ветвей ВАХ различны, то прямые и обратные ветви ВАХ строили на отдельных графиках. 4.8 Определили величины порогового напряжения, напряжения пробоя и обратного тока. 4.9 Рассчитали по ВАХ зависимости статического Rc и динамического Rд сопротивлений от тока диода. Полученные данные записали в таблицу (Таблица 4.4) 4.10 Определить по справочнику параметры номинального режима диодов и для номинального тока построить схемы замещения. 4.11 Сравнить параметры исследованных диодов с техническими условиями или со справочными данными. 4.12 Для цепи, состоящей из последовательно соединенных источника напряжения с величиной электродвижущей силы (ЭДС) равной Ео, нагрузочного резистора Rн = 1 кОм и диода, рассчитать изменение коэффициента полезного действия (КПД) такой цепи при изменении Е в диапазоне ±10% от величины Е0. Ток диода при Е = Е0 принять равным 2 мА. Сравнить полученные зависимости для германиевого и кремниевого диодов и объяснить их. 4.13 Для цепи по п. 3.12 при Е = Ео рассчитать и построить графики зависимостей величины цепи от изменения сопротивления резистора R в диапазоне от 500 Ом до 1,5 кОм. 4.14 Закончить оформление отчета и сделать выводы о степени соответствия исследованных диодов техническим условиям, сравнить свойства германиевого и кремниевого диодов и объяснить их отличия. Справочные данные на германиевые и кремниевые диоды приведены в приложен
4
Подключение прямое
Таблица 4.1 – ВАХ диода КД-103
I, mA |
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,7 |
0,9 |
1,1 |
1,3 |
1,5 |
1,7 |
U, B |
-0,17 |
0,54 |
0,57 |
0,58 |
0,59 |
0,6 |
0,61 |
0,62 |
0,63 |
0,63 |
0,64 |
0,64 |
Пороговое напряжение: U = 0,54 B.
5
Таблица 4.2 – ВАХ диода Д-9
I. mA |
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,6 |
0,7 |
0,9 |
1,1 |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
1,7 |
U, B |
0 |
0,12 |
0,17 |
0,2 |
0,22 |
0,27 |
0,27 |
0,29 |
0,31 |
0,31 |
0,34 |
0,34 |
0,35 |
6
Подключение обратное
Диапазон прибора не позволяет снять ВАХ диода КД-103.
7
Таблица 4.3 – ВАХ диода Д-9
I, mA |
0 |
0,001 |
0,002 |
0,003 |
0,004 |
0,005 |
0,006 |
0,007 |
0,008 |
0,009 |
0,01 |
0,15 |
0,17 |
U, B |
0 |
0,2 |
5,5 |
17,1 |
25,7 |
32 |
36,9 |
38,2 |
40,1 |
43,6 |
49 |
55,3 |
63,4 |
8
Сопротивление статическое и динамическое кд-103 при прямом подключении
Таблица 4.4 – Статическое сопротивление диода КД-103.
I, mA |
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,7 |
0,9 |
1,1 |
1,3 |
1,5 |
1,7 |
U, B |
-0,17 |
0,54 |
0,57 |
0,58 |
0,59 |
0,6 |
0,61 |
0,62 |
0,63 |
0,63 |
0,64 |
0,64 |
Rc, kOm |
|
5,4 |
2,85 |
1,93 |
1,475 |
1,2 |
0,871 |
0,69 |
0,572 |
0,48 |
0,426 |
0,376 |
Таблица 4.5 – Динамическое сопротивление диода КД-103
I, mA |
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,7 |
0,9 |
1,1 |
1,3 |
1,5 |
1,7 |
U, B |
-0,17 |
0,54 |
0,57 |
0,58 |
0,59 |
0,6 |
0,61 |
0,62 |
0,63 |
0,63 |
0,64 |
0,64 |
Rд, kOm |
7,1 |
0,1 |
0,1 |
0,05 |
0 |
0 |
||||||
9
