- •Электричество, магнетизм, электромагнетизм, оптика
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •В колебательном контуре
- •Теоретическое введение
- •Приборы и оборудование
- •Литература:
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Теоретическое введение
- •Описание установки
- •Задание 2. Исследование импульсного сигнала.
- •Задание 3. Наблюдение фигур Лиссажу, возникающих при сложении
- •Изучение работы полупроводникового диода
- •Теоретическое введение
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение показателя преломления жидкости
- •Теоретическое введение
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Внимание! Микроскоп включать в сеть напряжением 6,3 в
- •Дифракция плоских световых волн на дифракционных решетках
- •Теоретическое введение
- •Контрольные вопросы
- •Исследование электрического поля проводника с током
- •Изучение горизонтальной составляющей магнитного поля земли
- •Исследование магнитногого поля соленоида
- •Теорема о циркуляции
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
Изучение работы полупроводникового диода
Цель работы: изучение вольт-амперной характеристики p-n перехода; определение параметров перехода.
Приборы и оборудование: источник питания, измерительное устройство с полупроводниковым диодом и вольтметром.
Теоретическое введение
Основным элементом полупроводниковых приборов является p-n переход, который представляет собой тонкий слой на границе раздела двух полупроводников различного типа электропроводности. Из-за неравномерности концентраций носителей происходит взаимная диффузия (электроны, в основном, диффундируют из полупроводника n-типа в полупроводник p-типа, а дырки в противоположном направлении). В результате этого процесса вблизи границы раздела n-область заряжается положительно (положительный заряд ионов не скомпенсирован зарядом электронов), а p-область отрицательно (рис. 1).
р n – – – – – + + + +
Рис. 1
Рис. 1
Эти объемные заряды образуют у границы двойной электрический слой, поле которого, направленное от n-области к p-области препятствует дальнейшему переходу электронов из n в p и дырок из p в n. Этот слой называется запирающим слоем. Типичная толщина слоя около 0,1 мкм. Наличие контактного поля приводит к тому, что в области p-n перехода возникает искривление энергетических зон и образуются потенциальные барьеры для электронов и дырок. Эти барьеры способствуют уходу из соответствующих областей неосновных носителей. Ток неосновных носителей (ток проводимости) уравновешивается диффузионным током, если на p-n переход подается внешняя разность потенциалов.
Если к p-n переходу присоединить источник тока таким образом, что внешнее поле совпадает по направлению с контактным, высота барьера увеличивается, что приводит к уменьшению диффузного тока. Такое подключение называется обратным. Ток проводимости практически не меняется с увеличением напряжения вследствие малой концентрации неосновных носителей (обратная ветвь вольт-амперной характеристики). Значение обратного тока через p-n переход при больших обратных напряжениях называют током насыщения ().
Если изменить полярность напряжения так, что под действием внешнего поля потенциальный барьер уменьшится (прямое подключение), то ток проводимости практически останется неизменным, а диффузионный ток начнет увеличиваться по экспоненциальному закону (прямая ветвь вольт-амперной характеристики) (рис. 2.).
, (1)
где e – заряд электрона; T – температура; k – постоянная Больцмана; U – внешнее напряжение.
Таким образом, p-n переход обладает односторонней (вентильной) проводимостью.
I
Рис. 2
Методика эксперимента
Для измерения вольт-амперной характеристики полупроводникового диода входное напряжение подается на включенный последовательно с диодом резисторилив зависимости от того, какая из ветвей характеристики (прямая или обратная) снимается. Ток можно определить, измерив напряжение, подаваемое на резисторили, и напряжение на диоде:
. (2)
Резистор = 390 Ом,= 33 кОм. При измерениипоказания вольтметраPV1 следует умножить на 0,02 В. При изменении прямой ветви и обратной показания вольтметра PV2 нужно умножить на 0,014 и 0,085 В соответственно. Разные коэффициенты используются из-за того, что токи существенно отличаются и поэтому применяются различные добавочные сопротивления.