Отчеты / Лаб_раб_№6

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

«ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ

ДИОДОВ И СТАБИЛИТРОНОВ»

Цель работы: изучить основные свойства, характеристики и параметры полупроводниковых диодов и стабилитронов и экспериментально исследовать их вольтамперные характеристики (ВАХ).

Основные теоретические сведения

Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним р-n-переходом, имеющий два омических вывода, (рисунок 1,а).

Одна из областей р-n-структуры (р⁺), называемая эмиттером, имеет большую концентрацию основных носителей заряда, чем другая область, называемая базой.

Статическая вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода изображена на рисунке 1,б. Здесь же пунктиром показана теоретическая

(1)

где I_о - обратный ток насыщения (ток экстракции, обусловленный неосновными носителями заряда; значение его очень мало);

U - напряжение на p-n-переходе;

φ_m = kT/e - температурный потенциал (k - постоянная Больцмана),

φ_m = 25,28 мВ при T=20 C°;

Т - температура, е - заряд электрона);

m - поправочный коэффициент: m=1 для германиевых р-n-переходов и m=2 для кремниевых p-n-переходов при малом токе).

Кремниевые диоды имеют существенно меньшее значение обратного тока по сравнению с германиевыми диодами, вследствие более низкой концентрации неосновных носителей заряда. Обратная ветвь ВАХ у кремниевых диодов при данном масштабе практически сливается с осью абсцисс. Прямая ветвь ВАХ у кремниевых диодов расположена значительно правее, чем у германиевых.

Максимально допустимое увеличение обратного тока диода определяет максимально допустимую температуру диода, которая составляет +(80-100) °С для германиевых диодов и +(150-200) °С для кремниевых.

Рисунок 1 – а) полупроводниковый диод, б) вольтамперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода

Минимально допустимая температура диода лежит в пределах - (60-70)°С.

Дифференциальным сопротивлением диода называют отношение приращения напряжения на диоде к вызванному им приращению тока:

(2)

Отсюда следует, что для p-n-перехода при нормальной температуре.

Пробой диода. При обратном напряжении диода свыше определенного критического значения наблюдается резкий рост обратного тока (рисунок 1 а). Это явление называют пробоем диода.

Пробой диода возникает либо в результате воздействия сильного электрического поля в р-n-переходе (рисунок 2, кривая 1 и 2). Такой пробой называется электрическим. Он может быть туннельным - кривая 2 или лавинным - кривая 1. Либо пробой возникает в результате разогрева p-n-перехода при протекании тока большого значения и при недостаточном теплоотводе, необеспечивающем устойчивость теплового режима перехода

(рисунок 2, кривая 3).

Рисунок 2 – Рост обратного тока Рисунок 3 – ВАХ стабилитрона

при обратном напряжении

Такой пробой называется тепловым пробоем. Электрический пробой обратим, т. е. он не приводит к повреждению диода, и при снижении обратного напряжения свойства диода сохраняются. Тепловой пробой является необратимым. Нормальная работа диода в качестве элемента односторонней проводимостью возможна лишь в режимах, когда обратное напряжение не превышает пробивного значения.

Значение допустимого обратного напряжения устанавливается с учетом исключения возможности электрического пробоя и составляет от напряжения

Выпрямительные диоды используют для выпрямления переменных токов частотой 50 Гц -100 кГц. В них используется главное свойство p-n-перехода - односторонняя проводимость.

Главная особенность выпрямительных диодов большие площади p-n- перехода, поскольку они рассчитаны на выпрямление больших по величине токов. Основные параметры выпрямительных диодов даются применительно к их работе в однополупериодном выпрямителе с активной нагрузкой (без конденсатора, сглаживающего пульсации).

Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжения на нагрузке при изменении питающего напряжения или сопротивления нагрузки, для фиксации уровня напряжения и т. д.

Для стабилитронов рабочим является участок электрического пробоя ВАХ в области обратных напряжений (рисунок 3). На этом участке напряжение на диоде остается практически постоянным при изменении тока через диод.

Основные параметры стабилитрона:

Uпр, мВ	0,1	0,2	0,3	0,4	0,44
Iпр,мА	0	0,2	1,7	7,8	12,3

Uобр, мВ	5	10	15	20	25	30
Iобр,мА	0,012	0,019	0,026	0,032	0,042	0,048

Uпр, мВ	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
Iпр,мА	0	0	0,002	0,009	0,029	0,38	1

Uобр, мВ	0	1	2	3	4	4,5	5	5,3	5,6
Iобр,мА	0	0	0,003	0,017	0,117	0,388	1,484	5,15	23,9