1.3. Стабилитрон

Стабилитроном (зенеровским диодом) называют диод, предназначенный для работы в области электрического пробоя на обратной ветви вольт-амперной характеристики. Прямая ветвь ВАХ стабилитрона такая же, как и у обычного диода. Поскольку рабочим участком для стабилитрона является обратная ветвь ВАХ, положительными считают обратное напряжение и обратный ток, как это показано на рис. 6; здесь же приведено условное обозначение стабилитрона.

Рис. 5. Вольт-амперные характеристики кремниевого (а) и германиевого (б) диодов

Падение напряжения на стабилитроне при некотором значении анодного тока в диапазоне [I_{ст min}, I_{ст max}] называется напряжением стабилизации U_ст. Диф­фе­рен­ци­альное сопротивление стабилитрона r_ст = du_ак/di_а, вычисленное в этом диапазоне токов, обычно составляет единицы - десятки Ом и слабо уменьшается с ростом анодного тока, что позволяет аппроксимировать ВАХ стабилитрона линейной зависимостью вида

Рис. 6. Обозначение и ВАХ стабилитрона

.

1.4. Туннельный диод

Туннельным называется диод особой конструкции, на прямой ветви ВАХ которого имеется участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением (рис. 7). Туннельный диод предназначен для генерации и усиления сигналов в области сверхвысоких частот. Основными параметрами этого диода являются токи пика I_п и впадины I_в и соответствующие им напряжения U_п и U_в. В диапазоне напряжений U_п < u_ак < U_в дифференциальное сопротивление туннельного диода может быть оценено по формуле

(6)

и, естественно, является отрицательной величиной. Обратный ток туннельного диода существенно превосходит обратный ток обычного диода.

Рис. 7. Обозначение и ВАХ

туннельного диода

Рис. 8. Обозначение и ВАХ

обращенного диода

Одной из разновидностей туннельных диодов является обращенный диод, у которого токи пика и впадины практически совпадают (рис. 8), а напряжение U_в составляет порядка 0,3 В. Поскольку обратный ток обращенного диода существенно превышает прямой, его можно использовать для детектирования малых напряжений (до 100 мВ).

2. Описание экспериментальной установки и методика измерений

В состав лабораторной установки входят: лабораторный макет, осциллограф и соединительные провода. На макете (рис. 9) имеются гнезда для подключения исследуемого диода и резистора r последовательно со встроенным источником переменного напряжения частотой 50 Гц. Очевидно, падение напряжения на резисторе R пропорционально току через диод. Для получения ВАХ исследуемого диода необходимо на вход X осциллографа подать потенциал (относительно земли) на верхнем зажиме диода, а на вход Y – напряжение на резисторе, пропорциональное току. При этом на экране осциллографа появится зависимость

,

(7)

которая соответствует ВАХ последовательного соединения диода и резистора R.

3. Порядок выполнения работы

1. 

   Рис. 9. Лабораторный макет

   При домашней подготовке изучить методические указания и нарисовать в лабораторном журнале функциональные схемы измерений.

2. Включить осциллограф, перевести его в режим внешней развертки и с помощью калибратора прокалибровать горизонтальную ось экрана.

3. Установить в гнездо разъем с кремниевым диодом, а вместо резистора r использовать перемычку. Подать на вход Y осциллографа напряжение на резисторе R, пропорциональное току через диод, а на вход X – напряжение на последовательном соединении диода и резистора R. Изменяя положение луча и вертикальное усиление, добиться того, чтобы получившаяся ВАХ занимала всю рабочую часть экрана. Зарисовать полученную осциллограмму, после чего отключить оба входа осциллографа и зафиксировать положение начала координат по светящейся точке.

4. Повторить п. 3.3. для германиевого диода и светодиодов с различными цветами свечения.

5. Повторить п. 3.3. для стабилитрона, туннельного и обращенного диодов, установив резистор r сопротивлением 100–200 Ом для ограничения тока через исследуемые двухполюсники.

6. Построить ВАХ всех исследуемых приборов, пользуясь выражением (7) и учитывая, что по вертикальной оси на экране осциллографа наблюдалось напряжение i_aR. По полученным характеристикам найти прямое падение напряжения на диодах и светодиодах U_d, напряжение стабилизации стабилитрона U_ст, а также напряжения и токи пика и впадины I_п, I_в, U_п и U_в туннельного диода.

7. Отчет должен содержать наименование и цель работы, краткий конспект теоретических сведений, функциональную схему измерения, полученные ВАХ полупроводниковых приборов и их рассчитанные параметры.