Отчеты по Электронике / лаба электроника 1

Самарский Государственный Технический Университет

Электротехнический факультет

кафедра Электроснабжение промышленных предприятий

Лабораторная работа

«Полупроводниковые диоды»

Выполнил: студент

1 ЭТФ 3

Кузнецов Алексей

Самара 2012г

Краткие сведения из теории

Полупроводниковым диодом называют прибор, который имеет два вывода и содержит один (или несколько) p-n-переходов. Все полупроводниковые диоды можно разделить на две группы: выпрямительные и специальные. Выпрямительные диоды, как следует из самого названия, предназначены для выпрямления переменного тока. В зависимости от частоты и формы переменного напряжения они делятся на высокочастотные, низкочастотные и импульсные. Специальные типы полупроводниковых диодов используют различные свойства р-n-переходов: явление пробоя, барьерную емкость, наличие участков с отрицательным сопротивлением и др.

Конструктивно выпрямительные диоды делятся на плоскостные и точечные, а по технологии изготовления на сплавные, диффузионные и эпитаксиальные. Плоскостные диоды благодаря большой площади p-n-перехода используются для выпрямления больших токов, а точечные предназначены для выпрямления малых токов.

Выпрямительные диоды большой мощности называют силовыми. Материалом для таких диодов обычно служит кремний или арсенид галлия. Германий практически не применяется из-за сильной температурной зависимости обратного тока.

Кремниевые сплавные диоды используются для выпрямления переменного тока с частотой до 5 кГц. Кремниевые диффузионные диоды могут работать на повышенной частоте до 100 кГц. Кремниевые эпитаксиальные диоды с барьером Шотки могут использоваться на частотах до 500 кГц. Арсенидгаллиевые диоды способны работать в диапазоне частот до нескольких МГц.

При большом токе через p-n-переход значительное напряжение падает в объеме полупроводника, и пренебрегать им нельзя.

Силовые диоды обычно характеризуются набором статических и динамических параметров. К статическим параметрам диода относятся: падение напряжение на диоде при некотором значении прямого тока, обратный ток при некотором значении обратного напряжения, среднее значение прямого тока, импульсное обратное напряжение. К динамическим параметрам диода относятся его временные или частотные характеристики: время восстановления обратного напряжения, время нарастания прямого тока, предельная частота без снижения режимов диода. Статические параметры можно установить по вольтамперной характеристике диода.

Время обратного восстановления диода является основным параметром выпрямительных диодов, характеризующим их инерционные свойства. Оно определяется при переключении диода с заданного прямого тока на заданное обратное напряжение.

При рассмотрении процессов включения и отключения выпрямительного диода необходимо отметить, что мощность потерь в диоде резко повышается при его включении и, особенно, при выключении. Следовательно, потери в диоде растут с повышением частоты выпрямленного напряжения.

При работе диода на низкой частоте и гармонической форме напряжения питания импульсы тока большой амплитуды отсутствуют, и потери в диоде резко снижаются.

При изменении температуры корпуса диода изменяются его параметры. Эта зависимость должна учитываться при разработке аппаратуры. Наиболее сильно зависят от температуры прямое напряжение на диоде и его обратный ток.

В диодах с барьером Шотки вместо p-n-перехода используется контакт металлической поверхности с полупроводником, где возникают обедненные носителями заряда слои полупроводника, которые называют запорными. Диоды с барьером Шотки имеют в отличие от диодов с р-n-переходом:

• более низкое прямое падение напряжения;

• более низкое обратное напряжение;

• более высокий ток утечки;

• почти полностью отсутствует заряд обратного восстановления.

Две основные характеристики делают эти диоды незаменимыми при проектировании низковольтных высокочастотных выпрямителей: малое прямое падение напряжения и малое время восстановления обратного напряжения. Кроме того, отсутствие неосновных носителей, требующих время на обратное восстановление, означает физическое отсутствие потерь на переключение самого диода.

В диодах с барьером Шотки прямое падение напряжения является функцией обратного напряжения. Максимальное напряжение современных диодов Шотки составляет около 150 В.

Преимущества диода Шотки становятся особенно заметным при выпрямлении малых напряжений. Максимальная рабочая частота диодов Шотки превышает 200 кГц при токе до 30 А.

Экспериментальная часть

Снятие вольтамперной характеристики.

Характериограф для снятия ВАХ диода.

График ВАХ

1.Снятие ВАХ диода при прямом направлении тока.

Rcт1= 1606,2 Ом

Rcт2= 999,9 Ом

Rcт3= 175 Ом

Rcт4= 60,2 Ом

Rдиф= 120,9 Ом

Rобр= 4728,6 Ом

2.Снятие ВАХ диода при обратном направлении тока

Ответы на вопросы

1) Прямое включение диода, когда на анод подается положительный заряд источника питания, характеризуется очень малым сопротивлением перехода. Обратное включение характеризуется большим сопротивлением перехода.

2) Измеренные значения тока при прямом смещении отличаются от вычисленных значений из-за сопротивления.

3)Измеренные значения тока при обратном смещении отличаются от вычисленных значений.

4) Точность при таких измерениях оставляет желать лучшего из-за разброса сопротивлений у резисторов одного номинала.

5)Ток насыщения - это участок на графике ВАХ, на котором при увеличении напряжения, ток не изменяется, т.е. ток максимален. Следующим состоянием прибора (если продолжать увеличение тока) будет электрический пробой.

6)Отношение напряжения на диоде к току через него U/I, называемое статическим сопротивлением, зависит от величины тока. В ряде применений на существенную постоянную составляющую тока диода накладывается небольшая переменная составляющая (обычно при этом говорят, что элемент работает в режиме малых сигналов). В этом случае интерес представляет дифференциальное (или динамическое) сопротивление dU/dI. Величина динамического сопротивления зависит от постоянной составляющей тока диода, определяющей рабочую точку на характеристике.

7)Существует определенное различие между величинами сопротивления диода на переменном и постоянном токе.

8)По результатам экспериментов видно, что точки изгиба ВАХ полученные с помощью осциллографа совпадают.

При получении ВАХ диода с помощью осциллографа на канал А вместо точного напряжения на диоде подается сумма напряжения диода и напряжения на резисторе 1 Ом. Ошибка из-за этого будет мала, так как падение напряжения на резисторе будет значительно меньше, чем напряжение на диоде.