Лабораторная работа №1

Санкт-Петербургский электротехнический университет

Кафедра микроэлектроники.

Лабораторная работа №1.

Исследование полупроводниковых выпрямительных диодов.

Преподаватель: Кальнин А.А.

Группа: 6361

Студент: Виноградов К.Ю.

15.7.2019

Целью работы является исследование вольт-амперных характеристик германиевого и кремниевого выпрямительных диодов, а также выпрямительных свойств этих диодов в зависимости от частоты переменного сигнала.

Исследование вольт-амперной характеристики проводят методом характериографа с помощью осциллографа. Генератор G обеспечивает переменное напряжение одной полярности. Последовательно с диодом включен резистор R, напряжение которого, пропорциональное току, проходящему через диод подается на пластины вертикального отклонения осциллографа. Напряжение с диода подается на пластины горизонтального отклонения осциллографа. При этом сопротивление резистора выбрано настолько малым, что падением напряжения на нем можно пренебречь по сравнению с падением напряжения на диоде.

Кроме вольт-амперной характеристики на экране осциллографа в режиме временной развертки можно наблюдать зависимости от времени тока, проходящего через диод, и напряжения на диоде. В этом случае на схему подают переменное напряжение синусоидаль-ной формы от внешнего генератора звуковых час-тот, а резистор R выпол-няет роль нагрузки. Вы-прямленное напряжение на нагрузке измеряют вольтметром постоянного тока. Таким образом можно исследовать зависимость выпрямительных свойств диода от частоты.

Диоды, исследуемые в работе, помещены в термостат, обеспечивающий изменение температуры от комнатной до 70⁰С. Температура контролируется стрелочным прибором, установленным на лицевой панели лабораторного стенда.

Исследование прямой ветви ВАХ:

Для исследования прямой ветви вольт-амперной характеристики установить на стенде переключатель рода работ в положение "прямое". Включить осциллограф в режим характериографа. Установить переключа-тели чувствительности входов в положения: для канала I - "20 мВ/дел"*10 и для канала II - "1 мВ/дел"*10. При закороченных входах осциллографа с помощью регуляторов "«" и "½" установить светящуюся точку в выбранное начало координат. В дальнейшем при изменении масштабов по осям координат таким образом каждый раз проверять положение начала координат.

Установить переключатели входов осциллографа в положение открытого входа и зарисовать прямые ветви вольтамперных характеристик германиевого и кремниевого диодов. Отметить на осях координат единицы измерения и значения напряжения и тока, учитывая, что масштаб тока по вертикальной оси m_yi=m_yu/R, где m_yu - масштаб по напряжению канала II, а R=1 Ом.

Исследование обратной ветви ВАХ:

Установить переключатель рода работ в положение "обратное", переключатели чувствительности входов осциллографа в положения : для канала I - "0,1 В/дел"*10 и для канала II - "1 мВ/дел"*10. Зарисовать обратные ветви вольт-амперных характеристик германиевого и кремниево-го диодов. Отметить на осях координат значения и единицы измерения тока и напряжения, учитывая, что для обратного включения R = 5 кОм.

Исследование выпрямления сигналов:

Установить переключатель рода работ в положение "Выпрямление". Включить генератор звуковых частот. Перевести осциллограф в режим временной развертки. При закороченных входах регулировкой уровня синхронизации получить изображение прямых линий на экране и разместить их так, чтобы можно было наблюдать сигналы с ообоих входов. Чуствительность входов должна при этом составлять: для канала I - "0,5 В/дел"*10 и для канала II - "0,2 В/дел"*10. Установить частоту переменного сигнала 300 Гц, а длительность разверттки осциллографа 2 мс/дел. Регулировкой выходного напряжения генератора установить по осциллографу амплитуду этого напряжения, равной 5В. В дальнейшем при изменении частоты поддерживать эту амплитуду постоянной. Произвести с помощью стрелочного прибора измерения выпрямленного напряжения для разных частот.

f, кГц	0,03	0,1	0,3	1	10	100	200
Uвыпр.,В	2,6	2,62	2,6	2,45	2,25	1,81	1,4

Исследование зависимости работы диода от температуры:

Включить нагрев термостата и после установления температуры записать ее значение. Перевести осциллограф в режим характериографа, установив чувствительность входов: I - "20 мВ/дел"*10 и II - "1 мВ/дел"*10. Зарисовать прямые ветви вольтамперных характеристик германиевого и кремниевого диодов.

То же самое выполнить для обратных ветвей вольт-амперных характеристик при чувствительности входов осциллографа: для канала I - "0,1 В/дел"*10 и для канала II - "1 мВ/дел"*10 для кремниевого диода и "20 мВ/дел"*10 для германиевого диода. Зарисовать обратные ветви вольт-амперных характеристик, отметив на осях координат единицы измерения и значения тока и напряжения в соотвествии с выбранными масштабами и с учетом сопротивлений резисторов.

Вольт-амперные характеристики:

Статические сопротивления выпрямительных диодов (они рассчитываются для максимального тока и половины максимального тока при прямом включении и для максимального напряжения и его половины при обратном).

Диод
Ge				Si
T1=295		T2=330		T1=295		T2=330
Rпр	Rобр	Rпр	Rобр	Rпр	Rобр	Rпр	Rобр
7	1090909,09	5.83	500000	15.33	6*107	14,5	3*107
10,66	6666,67	8.33	4615.38	30.33	3*107	28	1.5*107

График зависимости выпрямленного напряжения от ln частоты:

Рассчитать DЭ для германия. Она рассчитывается при U=0,3 В.

Выводы :

1. По вольт-амперным характеристикам видно, что при увеличении температуры напряжение уменьшается (прямое исследование Ge, Si), при увеличение темпиратуры уменьшается ток (обратное исследование Ge, Si)

2. В результате эксперимента была определина пороговая частота для Ge диода. На практике была возможность посмотреть на проводимости Ge и Si в прямом и обратном направлениях, что наглядно показало несоизмеримость токов в прямом и обратном направлении. Также по виду ВАХ можно отметить, что в области прямой проводимости Ge более близок к идеальному диоду, чем Si.