3.3 Наблюдение выпрямленного тока

Для наблюдения осциллограммы выпрямленного тока полупроводниковым диодом при синусоидальном напряжении на низких и высоких частотах на диод подается напряжение со звукового генератора.

При этом мы получаем простейшую схему однополупериодного выпрямления, на экране осциллографа наблюдается синусоида со срезанными отрицательными (нижними или верхними) полупериодами, как показано на рисунке 1.9 а.

Повышая частоту подаваемого напряжения и соответственно увеличивая частоту развертки, наблюдают на экране осциллографа увеличение обратного тока с ростом частоты подаваемого напряжения. Зарисовывают осциллограммы выпрямленного тока при нескольких частотах (низких и высоких) и сравнивают их.

3.4 Ход работ

1. Получите у преподавателя модель исследуемого диода и подготовьте стенд к работе.

2. Включите внутренний генератор постоянного тока и снимите статическую вольт-амперную характеристику плоскостного выпрямительного диода при температуре 300К (27⁰С).

3. Постройте вольт-амперную характеристику и сравните её со справочными данными.

4. Вычислите при одинаковом напряжении (U=1 В):

а) статическое и динамическое сопротивления в прямом и обратном направлениях;

б) коэффициент выпрямления.

5. Переключите установку на внешний генератор, получите на экране осциллографа вольт-амперную характеристику исследуемого диода, зарисуйте ее и сравните со статической характеристикой.

6. Проведите исследование осциллограмм выпрямленного тока на низких и высоких частотах. Зарисуйте осциллограммы выпрямленного тока при частотах 50, 1000, 10 000 Гц и оцените коэффициенты выпрямления при этих частотах

7. Переведите регулятор температуры в положение 60⁰С, дождитесь установления в термостате заявленной температуры (5-10 минут) и проведите повторные исследования по пунктам со 2 по 6.

8. Сравните сопротивления и коэффициенты выпрямления при разных температурах. Сделайте выводы.

3.5 Контрольные вопросы

1. Какие бывают р — n-переходы по распределению концентрации примесей в р — n-областях и по методу их изготовления?

2. Объясните механизм возникновения потенциального барьера в р — n-переходе и выражение контактной разности потенциалов через концентрацию носителей в р- и n-областях.

3. Объясните на энергетической диаграмме р — n-перехода, как изменяется высота барьера р — n-перехода при приложении к нему внешнего напряжения (прямого и обратного).

4. Объясните причины, приводящие к различию между токами в прямом и запорном направлениях для плоскостного выпрямительного диода.

5. Как вычисляется ток носителей заряда через р — n-переход в случае тонкого и толстого р — n-переходов?

6. Объясните, как получается выражение для тока насыщения I_S идеального тонкого р — n-перехода и каков его физический смысл?

7. Объясните уравнение вольт-амперной характеристики толстого р — n-перехода.

8. Объясните особенности вольт-амперной характеристики плоскостного выпрямительного диода.

9. Объясните возможные механизмы пробоя электронно-дырочного перехода.

10. Какова температурная зависимость обратного тока насыщения?

11. Объясните температурную и частотную зависимость коэффициента выпрямления плоскостного диода. Чем определяется верхняя предельная температура, работы выпрямительного диода и граничная частота?

12. Назовите пути повышения рабочей частоты плоскостных диодов,

13. Какими основными параметрами характеризуются выпрямительные диоды?

14. Приведите и объясните несколько видов выпрямителей с использованием полупроводниковых диодов.

15. Назовите преимущества и недостатки полупроводниковых диодов по сравнению с вакуумными.

16. Чем определяется наличие зарядной и диффузионной емкости p — n-перехода и их зависимость от величины и знака приложенного напряжения?