1. Возникновение задачи. Исследование полупроводнико-вого диода.
1.1. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода при прямом токе.
1.1.1. Теория, которая существует сегодня в физике полупровод -ников.
Если в 1930-м году в физике полупроводников существовало несколько теорий, объясняющих работу полупроводникового диода, то после открытия биполярного транзистора в 1947 году, в физике полупроводников установилась одна теория - теория электронно-дырочной проводимости (ЭДП).
В теории ЭДП вводится понятие вакансии или «дырки», которая присутствует в полупроводниках особого типа «P-типа» и обладает положительным зарядом, по величине равным заряду электрона.
Теория ЭДП на сегодняшний день стала главной. С помощью теории ЭДП объясняется :
- вольт-амперная характеристика PN–перехода
- работа биполярных и полевых транзисторов
- работа фотодиодов
- работа туннельных диодов.
- работа других полупроводниковых приборов.
Эффект Холла, фотоэффект, работу полупроводниковых термопар объясняется тоже посредством ЭДП.
Как мы знаем, вольт-амперная характеристика на среднем своём участке (для кремниевых диодов : Ua = от 0,3 до 1,0 Вольт), имеет вид экспоненциальной функции. Поставим задачу проверить уравнение Шокли для вольт-амперной характеристики для режима прямого тока. Проверка эта, первоначально, не будет теоретической. Начнём исследование полупроводникового диода с экспериментальной проверки уравнения Шокли.
1.1.2. Методы измерения вольт-амперных характеристик прямого тока полупроводниковых диодов.
1.1.2.1. Основной принцип измерения вах прямого тока
PN-перехода.
Для измерения ВАХ прямого тока PN-перехода можно применить схему, изображённую на рисунке 1.1.
Рис. 1.1. Метод измерения ВАХ прямого тока для PN-перехода с применением источника напряжения, реостата и измерительного резистора.
На рисунке 1.1. ток в цепи PN-перехода измеряется на эталонном резисторе R3 вольтметром PV 1.
ИН – источник напряжения.
R3 – эталонный, точный, измерительный резистор. Также он служит для предотвращения пробоя PN-перехода при крайнем положении резистора R2.
R2 – переменный резистор включенный по схеме реостата.
R1 – нагрузочный резистор для источника напряжения.
C1- ёмкость фильтра. В данном случае допустимы конденсаторы с большой ёмкостью.
VD 1 – исследуемый PN-переход.
PV 1 – измерительный прибор, вольтметр. Предназначен для измерения тока в цепи PN-перехода.
PV 2 – измерительный прибор, вольтметр. Предназначен для измерения напряжения на выводах PN-перехода.
В качестве измерительных приборов можно использовать мультиметры MY 68 или APPA 109N.
1.1.2.2. Применение регулируемого источника напряжения при измерении вах прямого тока pn-перехода.
Для измерения ВАХ прямого тока PN-перехода можно применить схему, изображённую на рисунке 1.2.
Рис. 1.2. Метод измерения ВАХ прямого тока для PN-перехода с применением регулируемого источника напряжения, реостата и измерительного резистора.
На рисунке 1.2. ток в цепи PN-перехода задаётся регулируемым источником напряжения.
Регулируемый источник напряжения не обладает схемой стабилизации. Его функция: предоставлять возможность плавно регулировать выходное напряжение. В самой схеме присутствуют элементы температурной стабилизации – это радиатор, на котором установлены все транзисторы устройства.
Схема регулируемого источника напряжения запитывается от блока гальванических батарей напряжением 24 Вольта. (можно сделать вариант регулируемого источника напряжения с питанием 12 Вольт.)
На рис. 1.3. предоставлена схема регулируемого источника напряжения.
Рис. 1.3. Схема регулируемого источника напряжения.
На рисунке 1.3. выходное регулируемое напряжение создаётся на зажимах X1 и X2. Пояснения к схеме:
HL 1 – сверхяркий индикаторный светодиод;
SA 1 – тумблер питания;
VT 1 и VT 2 – транзисторы, установленные на одном радиаторе;
R7, R9, R10, R11 - регулирующие резисторы;
R5 – нагрузочный резистор.
Применение мощного транзистора КТ 837 К в управляющей цепи повышает стабильность работы устройства. Регулируемый источник напряжения обеспечивает выходной ток до 300 миллиампер при измерении ВАХ прямого тока PN-переходов.