КЭТ Лабы Грязнов / 6 Лаба / КЭТ Лаба 6 Отчет

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра электронных приборов и устройств

отчет

по лабораторной работе №6

по дисциплине «Компоненты электронной техники»

Тема: Исследование характеристик диодов

Студенты гр. 0207 _________________ Маликов Б.И.

_________________ Бурчик Н.Е.

Преподаватель _________________ Грязнов А.Ю.

Санкт-Петербург

2022

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с функцией выпрямительного диода, диода Шоттки и стабилитрона, а также исследование их характеристик.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Полупроводниковыми диодами называются двухэлектродные прибо-ры c односторонней проводимостью тока. Односторонняя проводимость обуславливается наличием p-n-перехода или перехода металл–полупроводник. Различия ВАХ диода с p-n-переходом и диода Шоттки с переходом металл – полупроводник представлены на рисунке 1.1.

Рис. 1.1. ВАХ диодов

Сравнивая ВАХ выпрямительного диода на p-n-переходе и диода Шоттки можно сделать следующие выводы: прямое падение напряжения на диоде Шоттки меньше в 2,5 – 3 раза, чем на диоде с p-n -переходом при одном и том же прямом токе; напряжение открытия диода Шоттки близко к 0, а у диода с p-n -переходом составляет десятые доли вольт, поэтому они не пригодны для выпрямления слабых сигналов; обратный ток диода с p-n -переходом меньше обратного тока диода Шоттки при одинаковых обратных напряжениях.

На работу полупроводникового диода значительное влияние оказывает частота протекающего через него тока. Это связано с наличием паразитной емкости и инерционностью диода.

Емкость p-n-перехода складывается из двух частей: барьерной емкости С_бар и диффузионной емкости С_диф.

Существование барьерной емкости обусловлено ионами примесей в p-n-переходе. При этом p- и n-области можно рассматривать, как заряженные обкладки конденсатора, где диэлектриком выступает обедненный слой. Размер данной емкости зависит от площади p-n-перехода, концентрации носителей заряда, диэлектрической проницаемости материала полупроводника и приложенной разности потенциалов.

Диффузионная емкость связана с изменением количества неравновесных носителей заряда в p-и n-областях. Диффузионная емкость характеризует инерционность движения неравновесных зарядов. Размер этой емкости пропорционален времени жизни неосновных носителей заряда и зависит также от других факторов. При работе диода в цепи переменного тока барьерная и диффузионная емкости шунтируют p-n-переход, что особенно сильно сказывается на высоких частотах.

Чтобы диод перешел из открытого состояния в закрытое, необходимо некоторое время. Если диод открыт, то через p-n-переход протекает прямой ток, обусловленный перемещением основных носителей заряда. В том случае, если мгновенно изменить полярность напряжения, то основные носители зарядов, не успевшие рекомбинировать, будут перемещаться в обратном направлении. Поэтому после смены полярности напряжения через диод в течение некоторого времени будет протекать ток. Таким образом, с увеличением частоты выпрямительные свойства полупроводниковых диодов ухудшаются.

Основным параметром, определяющим частотные свойства диода, является граничная рабочая частота fгр, при которой сила выпрямленного тока уменьшается на 30 % относительно номинального значения, измеренного на низкой частоте. Одним из преимуществ диодов Шоттки является возможность использования их на значительно более высоких рабочих частотах. Это связано с тем, что в диодах Шоттки неосновные носители не используются. В связи с этим пропадает проблема накопления заряда.

Разновидностью полупроводникового диода является стабилитрон – диод, предназначенный для стабилизации напряжения в источниках питания. По сравнению с обычными диодами он имеет достаточно низкое регламенти-рованное напряжение пробоя (при обратном включении) и может поддер-живать это напряжение на постоянном уровне при значительном измене-нии силы обратного тока.

Тогда, если параллельно стабилитрону подключить нагрузку, напряжение на ней тоже не будет изменяться. Стабилитрон характеризуется следующими основными параметрами: минимальный и максимальный токи стабилизации, напряжение стабилизации при заданном токе стабилизации, температурный коэффициент напряжения стабилизации. На рис. 1.2. показана ВАХ стабилитрона, где Uстаб – напряжение стабилизации.

Рис. 1.2. ВАХ стабилитрона

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1. Исследование ВАХ диодов:

Рисунок 1.3. Схема исследования прямой ветви ВАХ диодов

1.1 Диод 1N4007:

Таблица 1.1

Исследование прямой ветви ВАХ диода 1N4007

I, мА	1	2	5	10	15	20	25	30
U, B	0,593	0,623	0,665	0,698	0,719	0,734	0,746	0,755

Рисунок 1.4. ВАХ диода 1N4007

1.2 Диод 1N5819:

Таблица 1.2

Исследование прямой ветви ВАХ диода 1N5819

I, мА	1	2	5	10	15	20	25	30
U, B	0,213	0,231	0,255	0,277	0,291	0,303	0,312	0,320

Рисунок 1.5. ВАХ диода 1N5819

1.3 Сравнение ВАХ диодов:

Рисунок 1.6. Сравнение ВАХ диодов

2. Исследование диодов на различной частоте:

Рисунок 1.7. Схема исследования диодов на различной частоте

Во время снятия осциллограммы для всех случаев развертка по вертикали равнялась 1 [В].

2.1 Осциллограммы диода 1N4007:

2.1.1 Частота F1 = 100 [Гц]:

Развертка по времени: 1 [мс].

Рисунок 1.8. Осциллограмма диода 1N4007 при частоте 100 Гц

2.1.2 Частота F2 = 2,5 [кГц]:

Развертка по времени: 50 [мкс].

Рисунок 1.9. Осциллограмма диода 1N4007 при частоте 2,5 кГц

2.1.3 Частота F3 = 12,5 [кГц]:

Развертка по времени: 20 [мкс].

Рисунок 1.10. Осциллограмма диода 1N4007 при частоте 12,5 кГц

2.2 Осциллограммы диода 1N5819:

2.2.1 Частота F1 = 200 [Гц]:

Развертка по времени: 1 [мс].

Рисунок 1.11. Осциллограмма диода 1N5819 при частоте 200 Гц

2.2.2 Частота F2 = 6,8 [кГц]:

Развертка по времени: 20 [мкс].

Рисунок 1.12. Осциллограмма диода 1N5819 при частоте 6,8 кГц

2.2.3 Частота F3 = 29 [кГц]:

Развертка по времени: 5 [мкс].

Рисунок 1.13. Осциллограмма диода 1N5819 при частоте 29 кГц

3. Исследование прямой ветви ВАХ стабилитрона:

Рисунок 1.14. Схема косвенного измерения ВАХ

Таблица 1.3

Исследование ВАХ стабилитрона косвенным методом

U, B	0	1,5	3	3,81	4,12	6,38	4,83	4,96
На R1 U, B	0	0	0,01	0,2	0,5	1	5	10

Рисунок 1.15. ВАХ стабилитрона

ВЫВОД

В ходе проведения лабораторной работы была получена зависимость напряжения диодов от тока в цепи, также были получены осциллограммы диодов на различных частотах и найдена зависимость напряжения стабилитрона от тока косвенным методом.

В ходе обработки были получены ВАХ диодов и стабилитрона.

Исследования ВАХ диодов показали, что:

1) С увеличением тока в цепи напряжение диодов также возрастает, но при определенном значении тока диоды достигают напряжения порога проводимости, когда при дальнейшем увеличении тока напряжение почти не изменяется.

2) Напряжение на диоде 1N5819 примерно в 2 раза меньше, чем на диоде 1N4007.

Анализ осциллограмм показал, что:

1) На низких частотах сигнал искривлен, следовательно, оба диода не подходят для выпрямления слабых сигналов.

2) На частотах 2.5 кГц и выше на осциллограмме полупроводникового диода наблюдается искажение сигнала. Это связано с наличием паразитной емкости и инерционностью диода.

3) У диода Шоттки искажения наблюдаются при частоте 29 кГц, что говорит о пониженном уровне помех.

При исследовании ВАХ стабилитрона косвенным методом оказалось, что при напряжении на R1 равном 5 В достигается напряжение стабилизации.