Экспериментальная часть

Приборы и оборудование: установка для изучения свойств p-n–перехода.

Экспериментальная установка и методика измерений

Установка для изучения p-n–перехода представлена на рис.18.3 и состоит из объектов исследования и измерительного устройства. Объект исследования выполнен в виде единого устройства 1, в котором установлены три диода и переключатель исследуемых образцов. Кнопка КН1 на измерительном устройстве предназначена для установки полярности напряжения, подаваемого на диод. Полярность фиксируется светодиодом – «прямая» или «обратная» характеристика. Кнопка КН2 переключает режим работы – снятие вольтамперной (ВАХ) или вольтфарадной (BAХ) характеристик. Кнопками «+» и «–» устанавливается величина необходимого напряжения. Кнопка КН3 предназначена для установки напряжения на нулевое значение.

Индикация величины регулируемого напряжения осуществляется измерителем напряжения (рис.18.3), а измерение силы тока – измерителем тока. Выбор режима измерения тока (мА, мкА) осуществляется автоматически.

Установка позволяет измерить электрическую ёмкость p-n–перехода. Воспользуемся формулой ёмкости плоского конденсатора:

, (18.3)

где – электрическая постоянная, – диэлектрическая проницаемость полупроводника, l – толщина слоя объемного заряда p-n–перехода, S – площадь контакта p– и n–областей. Толщина слоя объёмного заряда равна:

, (18.4)

г де – контактная разность потенциалов в p-n–переходе, – приложенное к p-n–переходу внешнее напряжение, а и – концентрации основных носителей заряда в n– и p–областях соответственно. Измерив ёмкость p-n–перехода при прямом и обратном внешнем напряжении, найдём их отношение из (18.3) и (18.4):

, (18.5)

откуда можно найти величину контактной разности потенциалов

. (18.6)

Порядок выполнения работы

Задание 1. Снятие вольтамперной характеристики (ВАХ) p-n–перехода.

1. Ознакомиться с установкой.

2. Включить установку в сеть. Сетевой тумблер находится на задней панели.

3. Переключателем на устройстве 1 (рис.18.3) установить исследуемый диод (по заданию преподавателя).

4. Переключателем КН2 выбрать режим работы «ВАХ».

5. Переключателем КН1 выбрать режим снятия прямой характеристики.

6. Кнопками «+» и «–» установить требуемую величину напряжения (см. табл.18.1).

7. Записать в табл.18.1 соответствующую силу тока.

Таблица 18.1

Прямая характеристика
КД521		КД226		Д9К
U, В	I, мкА	U, В	I, мкА	U, В	I, мкА
0	0	0	0	0	0
0.30		0.29		0.02
0.31		0.30		0.04
0.32		0.31		0.06
0.33		0.32		0.08
0.34		0.33		0.10
0.36		0.34		0.12
0.38		0.35		0.14
0.40		0.36		0.15
0.42		0.37		0.16
0.43		0.38		0.17
0.44		0.39		0.18
0.45		0.40		0.19
0.46		0.41		0.20
0.47		0.42		0.21
0.48		0.43		0.22

8. Устанавливая требуемые значения напряжения кнопками «+» и «–», записывать соответствующие значения силы тока.

9. Нажатием кнопки КН3 установить нулевое напряжение.

10. Переключателем КН1 выбрать режим снятия обратной характеристики.

11. Повторить измерения по пунктам 6÷9, данные записывать в табл.18.2.

12. Построить график зависимости I=f(U) – ВАХ исследуемого диода; при этом прямые напряжение и ток считать положительными, обратные – отрицательными.

Внимание! Следите за индикацией размерности на измерителе тока.

Таблица 18.2

Обратная характеристика
–U, В	–I, мкА
	КД521	КД226	Д9К
0	0	0	0
10
14
16
18
20
22
24
26

Задание 2. Снятие вольтфарадной характеристики (ВФХ) и определение контактной разности потенциалов в p-n–переходе.

1. Переключателем на устройстве 1 (рис.18.3) установить диод КД226.

2. Переключателем КН2 выбрать режим работы «ВФХ».

3. Переключателем КН1 выбрать режим снятия прямой характеристики.

4. Кнопками «+» и «–» установить требуемую величину напряжения (см.табл.18.3).

5. Записать в табл.18.3 соответствующую ёмкость.

Таблица 18.3

Прямая		Обратная
U, В	С, пФ	–U, В	С, пФ
0		0
0.10		0.1
0.20		0.3
0.30		1.0
0.40		1.3
0.50		1.6
0.60		2.0
0.70		3.0
0.80		4.0
0.90		5.0
1.0		7.0
1.1		10.0
1.2		15.0

6. Устанавливая требуемые значения напряжения (см. табл.18.3) кнопками «+» и «–», записывать соответствующие значения ёмкости.

7. Нажатием кнопки КН3 установить нулевое напряжение.

8. Переключателем КН1 выбрать режим снятия обратной характеристики.

9. Повторить измерения по пунктам 4÷7 задания 2, данные записывать в табл.18.3.

12. Построить график зависимости С=f(U) – ВФХ исследуемого диода; при этом прямое напряжение считать положительным, обратное – отрицательным.

Таблица 18.4

№	Uпр., В	Спр., пФ	Uобр., В	Собр, пФ	Uк., В	Uк. ср. , В	ΔUк., В	ΔUк. ср., В
1
2
3
4
5

13. Выбрав любую пару значений ёмкости при прямом и при обратном включении С_пр. и С_обр, по формуле (18.6) вычислите контактную разность потенциалов U_к. При подстановке соответствующих значений U_пр. и U_обр. помните, что в формуле (18.6) используется модуль обратного напряжения.

14. Повторите вычисления U_к ещё с четырьмя парами значений ёмкостей С_пр. и С_обр.

15. Определите среднее значение U_к и оцените его погрешность ΔU_к.

16. Все данные запишите в табл.18.4.

17. Сделайте выводы.