Контрольні питання:

1. Правила Кірхгофа, одержання робочої формули.

2. Поняття напруги, електрорушійної сили.

3. Будова містка Уітсона.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

ТЕМА: Вивчення роботи напівпровідникового діода

Мета роботи: Вивчення вольт-амперної характеристики напівпровідникового діода. Дослідження схем одно- і двопівперіодного випрямлення змінного струму.

Прилади і матеріали: 1) джерело струму; 2) вольтметр постійного струму 0-15В; 3) напівпровідниковий діод; 4) міліамперметр; 5) мікроамперметр; 6) з’єднувальні проводи.

Теоритичні відомості

Д іодом називається пристрій, опір якого залежить від величини і напрямку прикладеної до нього напруги, що дозволяє використовувати його для перетворення змінного струму в постійний. Найбільш поширеними являються діоди виготовлені з германію, кремнію, селену та інших речовин. Селенові та міднозакисні діоди відносяться до категорії так званих напівпровідникових вентилів, випрямлення у яких проходить на межі напівпровідника з одним із електродів. При цьому найбільш ефективне випрямлення має місце лише в тому випадку, коли в випрямляючому контакті утворюється тонкий шар з різко підвищеним опором, так званий, запірний шар.

У германієвих та кремнієвих діодах, на відміну від вентилів, випрямлення відбувається на межі двох областей напівпровідника з різними типами провідності, тобто в p-n переході.

Розглянемо процеси виникнення запірного шару і його зміни в зовнішньому електричному полі.

При контакті металу з дірковим напівпровідником на межі розділу виникне контактна різниця потенціалів, зумовлена різними роботами виходу електронів з цих тіл. Ця різниця потенціалів перешкоджає подальшому переходу електронів через контакт, і в контакті утворюється подвійний електричний шар, причому в металі за рахунок більшої концентрації вільних електронів заряд зосереджується на поверхні (в межах декількох атомних шарів), в напівпровідникові, в наслідок малої концентрації вільних електронів заряд розповсюджується на великі відстані. Концентрація дірок в контактному шарі напівпровідника за рахунок рекомбінації з електронами, які приходять із металу, виявляється набагато більшою, ніж в глибині напівпровідника. Цей шар, обіднений носіями заряду (дірками), називають запірним.

Якщо тепер до такого контакту прикласти зовнішню різницю потенціалі таким чином, щоб струм йшов від метала до напівпровідника (тобто, плюс – на метал, мінус – на напівпровідник), то дірки будуть рухатися в глибину напівпровідника. Область запірного шару збільшиться і опір його зросте. Струм І_зв, що проходить при цьому через контакт, буде незначним. Такий напрямок струму називають запірним або зворотним.

Якщо змінити полярність зовнішньої різниці потенціалів (тобто, мінус – на метал, плюс – на напівпровідник), то дірки з напівпровідника, а електрони із металу почнуть переміщуватися до контакту. Запірний шар за рахунок притоку носіїв заряду зменшить свій опір і через контакт пройде великий струм І_пр. Цей напрямок струму називається пропускним або прямим.

На мал.1 зображена типова залежність струму в діоді від прикладеної до нього напруги. Ця залежність називається вольт-амперною характеристикою (ВАХ) діода.

Властивості діода часто характеризують коефіцієнтом випрямлення, тобто відношенням прямого струму І_пр до зворотного І_зв, виміряних при однакових за величиною напругах, прикладених до діода:

Розглянемо будову селенового діода, схематичний розріз якого зображений на мал.2. Він утворений двома електродами виготовленими із різних металів і тонким шаром кристалічного селену, розміщеного між ними. Один із електродів являє собою залізну шайбу, покриту шаром нікеля 2. Ця шайба і називається контактним електродом. Другий електрод 4 являє собою тонкий шар потрійного електрода зі шаром селену 5 виникає запірний шар 3. На межі шару селена з контактним електродом випрямлення майже відсутнє. Роль цього електрода полягає в здійсненні надійного електричного контакту зі шаром селену.

На один випрямляючий контакт можна подати напругу не більше 20-25В. Для випрямлення більш високих напруг елементи з’єднуються послідовно.