Методички / Т.А. Балашова Изучение работы полупроводникового диода
.pdf
10
изменений (он, как отмечалось, от высоты барьера почти не зависит). Следовательно, результирующий ток будет быстро возрастать с увеличением напряжения U.
Ток через p-n-переход и приложенное к нему напряжение связаны
следующим соотношением: |
e U |
|
|
|
|||
I = I0 |
|
|
|
|
|||
exp |
|
|
−1 |
, |
(1) |
||
|
|||||||
|
|
k T |
|
|
|
||
где U—приложенное напряжение, k – постоянная Больцмана, Т – термодинамическая температура (при U > 0 наблюдается прямой ток, при U < 0 — обратный).
На рис. 7 представлена вольт-амперная характеристика (зависимость тока пропускания I от напряжения U) p-n-перехода.
I
U
Рис. 7
Неодинаковость сопротивления в прямом и обратном направлении позволяет использовать p-n-переходы для выпрямления переменного тока. Отношение величины прямого тока к обратному при одинаковых значениях напряжения на образце называется коэффициентом выпрямления:
K = |
Iпр |
при U пр =U обр, |
(2) |
|
Iобр |
||||
|
|
|
который у хороших p-n-переходов может достигать сотен тысяч. Из нелинейности вольт-амперной характеристики следует, что коэффициент выпрямления не является постоянной величиной.
Таким образом, система, содержащая p-n-переход, обладает односторонней (униполярной) проводимостью. Прикладывая к такой системе переменное по знаку напряжение, получают ток практически
11
только одного направления, что используется для выпрямления переменного тока (селеновые, германиевые, кремниевые выпрямители).
4. Экспериментальная установка
Электрическая схема, позволяющая снять вольт-амперную характеристику полупроводникового диода, представлена на рис. 8.
V |
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
Д |
R |
п р |
об |
_ |
U |
|
|
|
п р |
mA |
|
|
об |
µ |
|
|
A |
|
|
Рис. 8
Напряжение на исследуемый диод Д подается с источника напряжения U через потенциометр R и измеряется с помощью вольтметра V. При измерении величины прямого тока Iпр в схему включается миллиамперметр mA, обратного Iобр – микроамперметр µА, для чего используются соответствующие переключатели: “пр” – прямое
направление, “об” – обратное. |
|
|
|
Сопротивление диода определяется из закона Ома: |
|
||
R = |
U |
. |
(3) |
|
|||
i |
Ii |
|
|
|
|
||
5.Порядок выполнения работы
1.Изучить схему (рис. 8).
2.Поставить все тумблеры схемы в положение “пр”. Меняя потенциометром подаваемое на диод напряжение, снять прямую ветвь
вольт-амперной характеристики, для чего сделать 6 ÷ 8 отсчетов тока Iпр и напряжения U по соответствующим приборам. На начальном участке характеристики следует получить возможно большее число
12
точек. Учесть, что для данного размера селенового диода нельзя пропускать ток больше 500 mA.
3. Изменить полярность включения диода, переведя все тумблеры в положение “об”. Меняя потенциометром подаваемое на диод напряжение, снять обратную ветвь вольт-амперной характеристики, для чего сделать 6 ÷ 8 измерений тока Iобр при тех же значениях напряжения, что и в п. 2.
4.Построить вольт-амперную характеристику диода, используя разные масштабы по оси тока (миллиамперы – для прямого тока, микроамперы – для обратного).
5.Рассчитать коэффициенты выпрямления по формуле (2) при
разных значениях приложенного напряжения и построить график зависимости K = f (U ).
6.Вычислить значения сопротивления Ri в соответствии с
выражением (3) при прямом и обратном включении диода. Построить график зависимости Ri = f (U ).
7.Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Прямая характеристика |
|
Обратная |
|
|
|||||
|
U |
характеристика |
|
|
||||||||
№ |
|
|
|
|
|
|
||||||
I пр |
|
R пр |
|
I об |
|
R об |
К |
|||||
|
|
|
|
|
||||||||
п/ п |
|
|
|
|
|
|||||||
|
дел. |
В |
дел. |
|
А |
Ом |
дел. |
|
А |
|
Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6.Контрольные вопросы
1.Какие вещества называются полупроводниками?
2.Чем отличаются энергетические состояния электронов в изолированном атоме и кристалле?
3.Что такое запрещенные и разрешенные энергетические зоны?
4.Какова структура зон и их заполнение в полупроводнике?
5.Чем обусловлена проводимость собственных полупроводников?
6.Где расположен уровень Ферми в собственном полупроводнике? В примесном?
13
7.Каков механизм электронной примесной проводимости полупроводников? Дырочной примесной проводимости?
8.В чем причины возникновения контактной разности потенциалов?
9.В чем состоит действие электрического поля на p-n-переход?
10.Какое направление в полупроводниковом диоде является пропускным для тока?
11.Почему через полупроводниковый диод проходит ток (хотя и слабый) даже при запирающем напряжении?
7.Список рекомендуемой литературы
1.Трофимова Т.И. Курс физики.- М.:Высш. шк., 1990. – 478 с.
2.Курс физики/А.А.Детлаф, Б.М.Яворский. – М.: Высш.шк., 1989. – 608 с.
14
Составители Татьяна Александровна Балашова Юрий Александрович Фадеев
ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА Методические указания к лабораторной работе № 95 по курсу физики для студентов всех форм обучения
Рецензенты Галина Борисовна Исаева Нина Николаевна Демидова
Редактор Е.Л.Наркевич
ЛР № 020313 от 23.12.96
Подписано в печать 18.10.01. Формат 60х84/16.
Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд. л. 0,8. Тираж 50 экз. Заказ .
ГУ Кузбасский государственный технический университет. 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.
Типография ГУ Кузбасский государственный технический университет.
650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.