Полупроводниковые двухполюсники

Йошкар-Ола

2011

МАРИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Полупроводниковые двухполюсники

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Электротехника, электроника и схемотехника»

модуль «Электроника»

по направлению подготовки 230100

«Информатика и вычислительная техника»

квалификация 230100.62

Йошкар-Ола

2011

УДК 621.317(076.5)

Полупроводниковые двухполюсники: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Электротехника, электроника и схемотехника» (модуль «Электроника») для студентов по направлению подготовки 230100 «Информатика и вычислительная техника» /Сост. С.В.Старыгин. − Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011.

Определены цели и задачи изучения полупроводниковых двухполюсников, приведены краткие теоретические сведения и методика проведения экспериментов по исследованию характеристик параметров полупроводниковых диодов.

© Марийский государственный технический университет, 2011

© Старыгин С.В., 2011, составление

Цель работы ─ ознакомление с устройством, принципом действия и характеристиками полупроводниковых двухполюсников:

− полупроводниковых диодов;

− полупроводниковых резисторов.

1. Полуроводниковые диоды

Полупроводниковым диодом называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами (p-n, Me-п/п) и двумя выводами (полюсами), которые называются анод (р-область) и катод (n-область).

1.1. Вольт-амперная характеристика (вах) диода

Экспериментальное изучение ВАХ реальных диодов, использующих свойства однородного p-n перехода, показывает, что они существенно отличаются от теоретической, описываемой выражением: .

В частности, в области обратных напряжений величина обратного тока существенно превышает величину I₀ (рис. 1), а эффект насыщения тока выражен слабее.

Рис. 1

При прямом смещении наблюдается более медленный рост прямого тока в сравнении с ожидаемым, причем при прямых смещениях U₀, где ₀- высота потенциального барьера, ВАХ становиться квазилинейной, т.е. , где r_б - омическое сопротивление полупроводниковых областей. Этот участок ВАХ называется омическим участком (рис. 2).

Рис. 2

Все эти отличия реальной ВАХ от теоретической определяются упрощениями, сделанными при выводе теоретической ВАХ. Для их объяснения следует рассмотреть токи генерации и рекомбинации в переходе, поверхностные токи утечки, а также сопротивление базы диода.

Отметим также особенности ВАХ германиевых (Ge) и кремниевых (Si) диодов:

– обратный ток германиевых диодов на несколько порядков выше, чем обратный ток кремниевых диодов. Это отличие объясняется большой шириной запрещенной зоны (∆W_ЗЗ) для кремниевых полупроводников (W_ЗЗGe  0.7эВ, W_ЗЗSi  1.2 эВ);

– прямое падение напряжения на германиевых диодах составляет примерно 0.35В, оно меньше, чем на кремниевых диодах. Это отличие можно объяснить, преобразуя выражение для теоретической ВАХ , откуда следует, что между прямым напряжением и обратным током существует обратная зависимость т.к.I_0Si I_0Ge, то U_прSi U_прGe.

ВАХ германиевого и кремниевого диодов представлены на рис. 3.

Рис. 3