Лабы / ЛР1,0182,Бронников, Жангериев

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра МиТ

отчет

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Основы электроники и радиоматериалы»

Тема: СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИОДОВ.

Студенты гр. 0182		Жангериев Р.В.
		Бронников Д.Д.
Преподаватель		Кириллов В.В.

Санкт-Петербург

2022

Основные свойства p−n-переходов

Полупроводниковый диод представляет собой прибор, основанный на свойствах p−n-перехода. В собственном полупроводнике свободные электроны и дырки образуются попарно и число электронов равно числу дырок. При введении в полупроводник донорных примесей электрон атома примеси, не участвующий в межатомных связях, легко переходит в зону проводимости полупроводникового материала. При этом в кристаллической решетке остается неподвижный положительно заряженный ион примеси, а электрон добавляется к свободным электронам собственной проводимости. В этом случае концентрация свободных электронов в полупроводнике превышает концентрацию дырок в нем. Такой полупроводник называют полупроводником n-типа. При введении в полупроводник акцепторных примесей атомы примеси в процессе формирования межатомных связей отбирают электрон у одного из атомов полупроводникового материала, становясь неподвижными отрицательными ионами. В этом случае концентрация дырок в полупроводнике превышает концентрацию свободных электронов и полупроводник называют полупроводником p-типа.

На границе полупроводников n- и p-типов за счет диффузии часть электронов из n-слоя переходит в p-слой, рекомбинируя с дырками, и наоборот. При этом в пограничном n-слое остается нескомпенсированный положительный заряд примесных ионов, а в p-слое – нескомпенсированный отрицательный заряд примесных ионов. Возникает контактная разность потенциалов, препятствующая переходу дырок в n-область и электронов − в p-область. Если к p−n-переходу приложено внешнее напряжение в прямом направлении («плюс» к слою p и «минус» к слою n), то это напряжение, скомпенсировав контактную разность потенциалов, создаст прямой ток через переход. Когда напряжение приложено в обратном направлении, оно увеличивает потенциальный барьер и проводимость перехода остается весьма малой.

схематическое изображение структуры p−n-перехода и его вольтамперная характеристика

Обратный ток перехода I0 для кремниевых p−n-переходов составляет обычно доли или единицы миллиампер, для германиевых − микроампер.

Выражение для прямого тока I через переход представляют в виде:

I = I0ехр (V/φ0 ),

где V − прямое напряжение на переходе; φ0 ≈ 25 мВ – температурный потенциал при 20 ºС. Если обратное напряжение, приложенное к p−n-переходу, превосходит некоторое предельное значение, то возникает пробой перехода.

Протокол ЛР1.

Исследуемая цепь и пример заданных величин:

Задание 1. Определение диапазона изменения сопротивления диодов в заданном интервале.

Первый диод:

Второй диод:

Третий диод:

Задание 2. Исследование температурных характеристик.

Первый диод:

Второй диод:

Третий диод:

Задание 3. Поиск напряжения источника по заданному току диода (Шотки).

В данной цепи угол очень мал т.к =arccot(R=2000)=0.03°.

Вывод.

В ходы проделанной работы мы сравнили три различных диода: D1(кремниевый, модель 1N4148), D2 (германиевый, модель 10TQ045_IR) и D3 (диод Шотки, модель 1N5819) и выяснили, что в нормальных условиях (температура 27°C) диапазоны изменения их сопротивления составляют 17253, 2779 и 1138 Ом при диапазонах измеряемых напряжений 510-610, 155-255, 60-160 мВ соответственно.

Также мы исследовали ВАХ диодов в зависимости от температуры. Изменение температуры больше всего сказывается на кремниевом диоде.

За счет диффузии часть электронов из n-слоя переходит в p-слой, рекомбинируя с дырками, и наоборот. Контактная разность нескомпенсированных электронов (в p слое) и дырок (в n слое) мешает проходу частиц. При прямом подключении напряжения оно "пробивает" разность потенциалов и ток есть, при обратном увеличивается контактная разность ("минус" к p слою, "плюс" к n слою) и ток очень мал. При предельном значении обратно приложенного напряжения возникает пробой перехода и ток идет в обратом направлении.