Fizich_elektronika_lab_prakt_2015_3

По вольт-амперной характеристике выпрямительного диода (рис. 10) можно определить следующие основные параметры, влияющие на его работу:

1.Номинальный сpедний пpямой ток Iпр ср ном – сpеднее значение тока,

проходящего через откpытый диод и обеcпечивающего допyстимый его нагpев при номинальныx yсловиях охлаждения.

2.Номинальное сpеднее прямое напряжение Uпр ср ном – среднее значение пpямого напpяжения на диоде при пpотекании через него номинального сpеднего пpямого тока.

3.Напpяжение отсечки Uо – это напряжение опpеделяемое точкой пеpесечения линейного участка прямой ветви вольт-амперной характеристики с осью напряжений.

4.Пpобивное напpяжение Uпроб – обpатное напpяжение на диоде, соответствyющее началу yчастка пробоя на вольт-амперной характеpистике.

5.Номинальное обpатное напpяжение Uобр ном – обpатное напpяжение на диоде, равное 0,5Uпроб.

Рис. 10.

6.Номинaльное знaчение обpатного тока Iобр ном – величина обpатного тока диода при номинaльном обpатном напpяжении.

7.Статическое сопpотивление диода – это сопротивление диода постоянному току:

Rст U пр tgα , I

пр

где Uпр – величина прямого напpяжения на диоде, Iпр – вeличина пpямого тока диода при напряжении Uпр;

8. Динамичеcкое (диффеpенциальное) сопpотивление Rдин :

11

Rдин U пр tgβ ,

I

пр

где Uпр – приращение напряжения на диоде, Iпр – приращение прямого тока диода при соответствующем приращении напряжения.

Стабилитpоны – это полупpоводниковые диоды, работающие в режиме пробоя и предназначенные для стабилизации напряжения. На рисунке 11 приведено условное графическое обозначение стабилитрона.

Рис. 11

Вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рис. 12. До наступления пробоя сопротивление стабилитрона велико и через него протекают малые токи. При наступлении пробоя ток резко возрастает. Рабочий ток стабилитрона не должен превышать максимально допустимое значение Iст.max, чтобы избежать перегрева и выхода его из строя.

Рис. 12.

Основные параметры стабилитронов:

1.Напpяжение cтабилизации Uст – это напpяжение на стабилитpоне при пpотекании через него тока cтабилизации;

2.Ток cтабилизации Iст – это значение поcтоянного тока, пpотекающего через cтабилитрон в режиме cтабилизации;

3.Диффеpенциальное сопpотивление стабилитpона – это сопротивление стабилитрона равное отношению приращения напряжения

стабилизации Uст к приращению тока стабилизации Iст в точке с заданным током стабилизации Iст:

rст Uст .Iст

12

Контрольные вопросы.

1.Какие вещества относят к полупроводникам?

2.Чем обусловлена проводимость полупроводников?

3.Как получают полупроводники p-типа? Какие носители заряда в них являются основными?

4.Как получают полупроводники n-типа? Какие носители заряда в них являются основными?

5.Расскажите, как образуется электронно-дырочный переход?

6.Чем различаются симметричный и несимметричный p-n-переходы?

7.Что называют прямым включением диода; обратным?

8.Какой ток протекает через р n переход при прямом включении и чем он вызван?

9.Какой ток протекает через р n переход при обратном включении и

чем он вызван?

10.В чем отличие идеальной ВАХ полупроводникового диода от реальной?

11.Какое явление называется пробоем диода?

12.Что называется стабилитроном?

13

Лабораторная работа №1. Изучение полупроводникового диода и стабилитрона

Цель работы: изучение свойств полупроводникового диода и стабилитрона, исследование их вольт-амперных характеристик и определение основных параметров.

Задание.

1. Снять прямую вольт-амперную характеристику диода. Результаты измерений занести в таблицу 1. Рассчитать статическое сопротивление диода. Построить график зависимости Iпр от Uпр. С помощью полученного графика определить динамическое сопротивление диода. Результаты расчетов занести в таблицу 1.

Таблица 1.

2. Снять обратную вольт-амперную характеристику диода. Результаты измерений занести в таблицу 2. Рассчитать статическое сопротивление диода. Построить график зависимости Iобр от Uобр. С помощью полученного графика определить динамическое сопротивление диода. Результаты расчетов занести в таблицу 2.

Таблица 2.

3. Снять прямую вольт-амперную характеристику стабилитрона. Результаты измерений занести в таблицу 3. Рассчитать статическое сопротивление стабилитрона. Построить график зависимости Iпр от Uпр. С помощью полученного графика определить динамическое сопротивление стабилитрона. Результаты расчетов занести в таблицу 3.

Таблица 3.

14

4. Снять обратную вольт-амперную характеристику стабилитрона. Результаты измерений занести в таблицу 4. Рассчитать статическое сопротивление стабилитрона. Построить график зависимости Iобр от Uобр. С помощью полученного графика определить динамическое сопротивление и напряжение стабилизации стабилитрона. Результаты расчетов занести в таблицу 4.

Таблица 4.

5. Сделать выводы.

Приборы и оборудование: панель для изучения полупроводникового выпрямительного диода малой мощности КД105Б и стабилитрона малой мощности КС156А, вольтметр универсальный В7-21А (используется в качестве амперметра), многопредельный вольтметр, источник питания ВИП010.

Указания по выполнению лабораторной работы.

Работа выполняется с использованием стенда, схема которого изображена на рис 13.

Рис. 13.

15

Напряжение на диод подается с источника питания. Сила тока I измеряется амперметром А, напряжение U - вольтметром V. Изменение полярности подключения диода к источнику питания осуществляется переключателем S1. Изменение порядка подключения измерительных приборов относительно диода при снятии прямой и обратной вольтамперных характеристик производится переключателем S2. Изменение объекта исследования осуществляется переключателем S3.

Для снятия прямой вольт-амперной характеристики диода переключатели S1 и S2 перевести в положение «Прямое», а S3 в положение «Диод».

Перед измерениями ручку регулирования выходного напряжения источника питания «грубо» установить в положение «10». Ручки регулирования выходного напряжения «плавно» установить в крайнее левое положение. Включить источник питания. Затем, увеличивая напряжение ручкой «плавно», установить напряжения указанные в таблице 1. Прибором В7-21А измерить силу тока.

Для снятия обратной вольт-амперной характеристики диода переключатели S1 и S2 перевести в положение «Обратное», а S3 оставить в положении «Диод». Установить напряжения указанные в таблице 2, измерить силу тока.

Для изменения напряжения в пределах от 10 до 20 В необходимо ручку «плавно» вернуть в крайнее левое положение, а ручку «грубо» в положение

«20».

Для снятия прямой вольт-амперной характеристики стабилитрона необходимо переключатель S3 перевести в положение «Стабилитрон», переключатели S1 и S2 перевести в положение «Прямое». Установить напряжения указанные в таблице 3, измерить силу тока.

Для снятия обратной вольт-амперной характеристики стабилитрона переключатели S1 и S2 перевести в положение «Обратное». Установить напряжения указанные в таблице 4, измерить силу тока.

16

2. Полевые транзисторы

Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, в котором управление током осуществляется электрическим полем, вызывающим изменение сопротивления полупроводникового слоя, проводящего ток. Полевые транзисторы часто называют униполярными, так как ток создается носителями одного знака.

Различают два типа полевых транзисторов: с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором (МДП - транзисторы, представляющие собой структуру металл – диэлектрик – полупроводник). МДП - транзисторы делятся на транзисторы со встроенным и индуцированным каналом.

Пpи изготoвлении полeвого транзиcтора с yправляющим p-n- переxодом (рис. 1) на каждyю из боковых гpаней пластин n- или p- полупроводника наносится слой с противоположным типом проводимости. Оба слоя материала имеют внешний вывод через омический контакт, с помощью которого к p-n-переходу подводится напряжение. Этот электpод называeтся затвором (З). Торцы пластины так же снабжены электродами, с помощью которых прибор включаeтся в электричeскую цепь. Электpод, от которого под дейcтвием напpяжения движутся носители зарядов, называется истоком (И); электрод собирающий носители зарядов, называется стоком (С). Объем, заключенный между p-n-переходами, называется каналом. Условные обозначения транзисторов с каналами n- и p-типа приведены на рис. 2, а и б соответственно.

При увеличении напряжения Uзи толщина обедненного слоя p-n- перехода увеличивается, а сечение канала уменьшается. Следовательно, можно изменять электрическое сопротивление канала. В результате будет меняться ток Iс, протекающий в цепи исток – сток под действием приложенного к стоку напряжения Uси. Напряжение на затворе, при котором

17

поперечное сечение канала становится равным нулю, называется

напряжением отсечки Uзи отс.

Если полевой транзистор включен по схеме с общим истоком (ОИ), то связь токов и напряжений может быть охарактеризована следующими вольтамперными характеристиками (ВАХ):

Iз= f(Uзи) Uси = const (входная характеристика);

Iз= f(Uси) Uзи = const (характеристика обратной передачи);

Iс= f(Uзи) Uси = const (проходная или стоко-затворная характеристика); Iс= f(Uси) Uзи = const (выходная или стоковая характеристика). Обычно применяются две последние характеристики.

Рис. 3.

Типичное семейство выходных ВАХ полевого транзистора с управляющим p-n переходом показано на рис. 3. При малых напряжениях Uси ток Iс увеличивается с ростом напряжения на стоке почти линейно. Начиная с некоторого значения напряжения Uси, рост тока Iс практически прекращается и его величина почти не зависит от напряжения, так как увеличение напряжения на стоке, с одной стороны, вызывает увеличение тока стока, с другой – сужение канала, которое уменьшает ток. Напряжение на стоке, при котором возникает этот режим, называется напряжением насыщения Uси нас. Увеличение напряжения на стоке выше определенной величины приводит к электрическому пробою p-n-перехода у стокового конца канала, так как в этой части прибора к p-n-переходу приложено наибольшее обратное напряжение.

18

Рис. 4.

Проходная характеристика показана на рис. 4. Изменение напряжения Uси в пределах области насыщения мало влияет на поведение стокозатворной характеристики.

Полевой транзистор характеризуется следующими параметрами: 1) крутизной стоко-затворной ВАХ

2) дифференциальным сопротивлением канала

Контрольные вопросы.

1.Какие типы полевых транзисторов бывают?

2.Расскажите об устройстве полевого транзистора с управляющим p-n- переходом.

3.Объясните принцип работы полевого транзистора с управляющим p-n- переходом.

4.Как изменяется эффективная ширина канала полевого транзистора с управляющим p-n-переходом при изменении Uзи и Uси?

5.Какими вольт-амперными характеристиками характеризуется полевой транзистор?

6.Объясните вид вольт-амперных характеристик полевого транзистора.

7.Расскажите о параметрах полевого транзистора.

19

Лабораторная работа №2. Изучение полевого транзистора с управляющим p-n переходом

Цель работы. Изучение устройства и принципа работы полевого транзистора с управляющим p-n переходом, исследование вольт-амперных характеристик и определение основных параметров полевого транзистора.

Задание.

1. Снять статические выходные характеристики при нескольких значениях напряжения Uзи = 0; 0,1; 0,3 В. Результаты измерений занести в таблицу 1. Построить семейство статических выходных характеристик. С помощью полученных графиков определить дифференциальное сопротивление канала Ri..

Таблица 1.

Uзи =0 В

Iс, мА

Uзи =0,1 В

Iс, мА

Uзи =0,3 В

Iс, мА

2. Снять статические стоко-затворные характеристики при нескольких значениях напряжения Uси = 2; 8; 14 В. Результаты измерений занести в таблицу 2. Построить семейство стоко-затворных характеристик. С помощью полученных графиков определить крутизну S.

Таблица 2.

Uси =2 В

Iс, мА

Uси =8 В

Iс, мА

Uси =14 В

Iс, мА

3. По полученным значениям Ri. и S рассчитать коэффициент усиления

.

4.Сделать выводы.

Приборы и оборудование: источник питания ВИП-010, панель для включения транзистора, транзистор КП103И, вольтметр, миллиамперметр.

20