1.4. Контрольные вопросы

1. В чем заключается особенность электропроводности полупроводников? Пояснить с помощью энергетических диаграмм металла, полу- проводника, диэлектрика.

2. В чем отличие полупроводников с электронной и дырочной электропроводностью? Какие токи протекают в полупроводниках?

3. Какова структура p-n перехода? Пояснить электрические процессы, происходящие в отсутствии внешнего напряжения.

4. Какие процессы происходят при прямом и обратном включении p-n

перехода? Показать с помощью диаграмм.

5. Привести идеализированное математическое описание характеристики перехода. В чем отличие теоретической и реальной вольтамперных характеристик p-n перехода?

6. Что такое пробой p-n перехода? Каковы виды пробоя? Как используют явление пробоя в полупроводниковых приборах?

7. Какие существуют емкости p-n-перехода? Показать зависимость барьерной емкости p-n-перехода от обратного напряжения, эквивалентные схемы p-n-перехода при различных включениях.

8. Каково назначение полупроводниковых диодов? Приведите статическую вольтамперную характеристику выпрямительного диода. Назовите виды диодов.

9. Какой диод называют варикапом? Привести характеристику варикапа,

перечислить его виды и назначение.

Лабораторная работа №3.

Исследование характеристик стабилитронов

Цель:

1. Построение обратной ветви вольтамперной характеристики стабили-

трона и определение напряжения стабилизации.

2. Вычисление тока и мощности, рассеиваемой стабилитроном.

3. Определение дифференциального сопротивления стабилитрона по вольтамперной характеристике.

4. Исследование изменения напряжения стабилитрона в схеме параметрического стабилизатора.

5. Построение нагрузочной прямой стабилитрона.

3.1 Краткие теоретические сведения

Стабилитроны – это полупроводниковые диоды, работающие в режиме лавинного пробоя. Они предназначены для стабилизации уровня напряжения в нелинейных цепях постоянного тока. В качестве стабилитронов используются плоскостные кремниевые диоды (обозначают КС 168А). При использовании высоколегированного кремния (высокая концентрация примесей, а, следова- тельно, и свободных носителей заряда) напряжение стабилизации понижается,

а с уменьшением степени легирования – повышается. Напряжение стабилиза- ции лежит в диапазоне от 3 до 180 В. Вольтамперная характеристика полупро- водникового стабилитрона изображена на рисунке 3.1.

На характеристике точками А и В отмечены границы рабочего участка.

Положение точки А соответствует напряжению пробоя p-n перехода, которое зависит от удельного сопротивления исходного материала. Точка В соответст- вует предельному режиму, в котором на стабилитроне рассеивается максималь-

но допустимая мощность.

Iпр

ERн/(Rн+R)

Uпроб

А В

Uст

0

Iст min

Iст

Iст max

E/R

Uпр

Рисунок 3.1 - Вольтамперная характеристика стабилитрона

При подключении стабилитрона к источнику постоянного напряжения через резистор получается схема для исследования стабилитрона (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 Схема для исследования стабилитрона

Ток стабилизации стабилитрона Iст может быть определен вычислением падения напряжения на резисторе R

Iст = (E — Uст)/R (3.1)

Напряжение стабилизации стабилитрона Uст определяется точкой на вольтамперной характеристике, в которой ток стабилитрона резко увеличива- ется. Мощность рассеивания стабилитрона Рст вычисляется как произведение тока Iст на напряжение Uст: Рст = IстUст. Дифференциальное сопротивле- ние стабилитрона вычисляется так же, как для диода, по наклону вольтампер- ной характеристики: Rдиф= dUст/dIст.

На практике схема стабилизатора напряжения содержит нагрузочное со- противление, присоединѐнное параллельно стабилитрону (рисунок 3.3).

Рисунок 3.3 Схема параметрического стабилизатора напряжения

Для этой схемы справедливо уравнение

E=( Iст + Iн)R + Uст=( Iст + Uст/Rн)R + Uст (3.2)

Из этого уравнения получим выражение для тока стабилизации

Iст = E/R –Uст (R + Rн)/RRн (3.3)

На основании уравнения (3.3) может быть построена нагрузочная пря- мая, точка пересечения которой с вольтамперной характеристикой является рабочей (рисунок 3.1).

При изменении напряжения источника питания E нагрузочная прямая перемещается параллельно самой себе (пунктирная линия на рисунке 3.1), а

при изменении сопротивления нагрузки изменяется еѐ наклон.