Зняття вольт-амперної характеристики напiвпровідникових діодів.

Мета роботи:

1 Вивчити будову та принцип дii напiвпровiдникового дiода.

2.Навчитись знiмати вольт-амперну характеристику напiвпровiдникових дiодiв та визначати його параметри.

3.Знати галузі практичного використання напiвпровiдникiв в науцi i техніці.

Прилади i матерiали:

Випрямляч ВС-25; реостат; дiод напiвпровiдниковий; вольтметр В7-22-А; вольтметр В7-38; магазин опорiв до 100 Ом; з'єднувальнi провiдники.

Завдання до лабораторноi роботи.

а) при домашній підготовці:

1. Вивчити теоретичний матерiал про фiзичнi основи будови напiвпровiдникiв, їх провiднiсть та застосування.[1,5]

2. Вивчити будову i принцип роботи вольтметрiв В7-22-А та В7-38. Знати, як пiдготувати їх до роботи, вибирати межi вимiрювань величин напруги i струму, правила їх експлуатацiї. Основнi вiдомостi про цi прилади описати в зошитi. [6]

3. Вивчити будову випрямляча,напiвпровiдникового дiода, магазина опорiв та реостата.

4. Робочi схеми для вольт-амперноi характеристики прямого та зворотного струмiв зарисувати в зошит.[4]

б) при виконанні роботи:

Знiмаючи вольт-амперну характеристику прямого та зворотнього cтрумiв, суворо дотримуватись порядку виконання роботи.

1. Порядок виконання роботи:

1. Зняття вольтамперноi характеристики для прямого струму. Пiдготувати до вимiрювань цифровий вольтметр В7-38 згiдно iнструкцii. Зiбрати схему:

R1-Потенціометр;

R2-магазин опорiв;

mA-вольтметр В7-22-А,

V-вольтметр В7-38.

На магазинi опорiв виставити 20 Ом. Регулятор напруги ВС-25 поставити в крайнє лiве положення. Пiдготувати до вимiрювань прилад В7-22-А, вимiрювання яким проводити на межi «200». До випростувача пiд'єднати вольтметр В7-38 i регулятором напруги встановити напругу 3В. Пiсля цього вольтметр пiд'єднати до вiдповiдних точок схеми. Змiнюючи напругу в колi потенцiометром R1, записати 8-10 значень сили струму i напруги. Побудувати за цими даними вольтамперну характеристику дiода.

б) Зняття вольтамперноi характеристики для зворотного струму. Зiбрати коло по схемi:

Межа вимiрювань на приладi В7-22-А- "0,2". На магазинi опорів виставити 20 Ом. Змiнюючи напругу регулятором напруги випростувача ВС-25 вiд 10 до 20 В, записати 8-10 значень сили струму i напруги. Побудувати за цими даними вольтамперну характеристику дiода.

Теоретичні відомості:

Діод  — електронний прилад з двома електродами, що пропускає електричний струм лише водномунапрямі. Застосовується у радіотехніці, електроніці, енергетиці та в інших галузях, переважно для випрямляння змінного електричного струму, детектування, перетворення та помноження частоти, а також для переключення електричних кіл.

Напівпровідниковий діод — це напівпровідниковий прилад з одним випрямним електричним переходом і двома зовнішніми виводами. Випрямним електричним переходом, в напівпровідникових діодах, може бути електронно-дірковий перехід, гіперперехід або контакт метал-напівпровідник.

Напівпровідникові діоди — прилади, які мають односторонню провідність. Вона зумовлюється властивостями запірного шару на межі двох напівпровідників, один з яких має електронну провідність, а другий — діркову. Виготовляють германієві, селенові, купроксні та кремнієві діоди.

Розглянемо явища, які відбуваються в місці контакту двох провідників n- і р-типу. Внаслідок теплового руху через місце контакту відбувається дифузія електронів і дірок. Напівпровідник n- типу втрачає електрони і тому заряджається позитивно. Водночас напівпровідник р- типу заряджається негативно. Поблизу межі поділу утворюється подвійний електричний шар (запірний шар), який створює контактне електричне поле, що перешкоджає дальшій однобічній дифузії електронів в напрямі n→р і дірок в протилежному напрямі. Концентрація носіїв струму в контактному шарі внаслідок їх рекомбінації набагато менша, ніж в об’ємі напівпровідника, тому цей шар називають запірним.

Вольт-амперна характеристика напівпровідникового діода схематично показана на рис. 5. Рисунок демонструє чотири режими роботи напівпровідникового діода. При оберненій напрузі, більшій за  , наступає пробій — різке збільшення струму, яке використовується в роботі лавинних діодів та діодів Зенера. При оберненій напрузі, меншій від  , існує тільки малий струм насичення, здебільшого, порядку мікроамперів. При прикладенні напруги в прямому напрямку, струм зростає експоненційно, залишаючись малим до напруги  , — напруги відкривання діода. Ця напруга може бути різною, в залежності від типу діода, — від 0,2 В для діодів Шоткі, до 4 В у блакитних світлодіодів.

Вольт-амперні характеристики деяких діодів, наприклад, діода Ганна і резонансного тунельного діода можуть містити ділянки з від'ємною диференціальною провідністю, тобто ділянки, на яких сила струму в діоді зменшується, при збільшенні прикладеної напруги. Такі діоди зручні для використання в генераторах електричних коливань.

Правила техніки безпеки:

• з’єднувати прилади в коло провідниками з непошкодженою ізоляцією;

• подавати напругу в коло лише зазначеної в ході роботи величини у відповідності до прямого і зворотного включення діода;

• подавати напругу в коло лише після перевірки його викладачем.

Запитання для самоконтролю:

1. Що таке напiвпровiдник? Власна та домiшкова провідність.

2. Якi типи напiвпровiдникiв ви знаєте?

3. Пояснiть механiзм утворення носiїв струму в напiвпровiдниках?

4. Що називаеться вольтамперною характеристикою напiвпровiдникового дiода?

5. В чому полягає механiзм випрямлення струму на контактi напiвпровiдникiв n i p- типiв?

6. Що називаеться коефiцiєнтом випрямлення? Яке умовне позначення напiвпровiдникового дiода в схемi?

7. Яка будова напiвпровiдникових дiодiв?

8. Де застосовуються напiвпровiдниковi дiоди?

9. Що таке прямий i зворотний струм?

10. Чому вольтметр повинен мати дуже великий опiр?

Література:

1. С.Г.Калашнiков. Електрика.М.,1977,стор. 151-154

2. А.В.Кортнев и др.Практикум по физике.М.,1975, работа 48.

3. В.П.Дущенко.Фiзичний практикум.К.,1984,стор.77-78.

4. I.Т.Горбачук.Лабораторний практикум,К.,1992, § 75, стр. 310-316.

5. I.М.Кучерук.I.Т.Горбачук. Загальна фiзика. Електрика i магнетизм. К.,1990. § 3.5-3.7.

6. Заводськi iнструкцii до приладiв [В7-22А; В7-38]

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 11