Выключите электрооборудование и приведите рабочее место в порядок.
Лабораторная работа № 3.08 Изучение основных параметров полупроводниковых диодов
Минск 2014 Лабораторная работа № 3.08 Изучение основных параметров полупроводниковых диодов Цель работы: Экспериментально исследовать зависимость силы тока через полупроводниковый диод, овладеть методикой измерений силы тока при прямом и обратном включении диода в электрическую цепь. Приборы и оборудование: диод полупроводниковый на колодке; источник электропитания для практикума ИЭПП-1, или В 24; микроамперметр постоянного тока М 303; электронный вольтметр постоянного тока М45М; мультиметр D 832; ключ; комплект соединительных проводов. Вопросы для допуска к лабораторной работе: 1. Объясните механизм примесной проводимости полупроводников. 2. При каких условиях в примесном полупроводнике возникает электронная проводимость? Приведите примеры. 3. При каких условиях в примесном полупроводнике возникает дырочная проводимость? Приведите примеры. 4. Какой проводимостью будет обладать германий при введении в него небольшого количества алюминия? мышьяка? 5. Как влияет на проводимость металлических проводников, полупроводников и диэлектриков наличие в них небольшого количества примесей? 6. Объясните, как образуется 7. Можно ли получить Теоретическое введение Проводимость, обусловленная наличием примесей в полупроводнике, называется примесной проводимостью полупроводника. Примеси, создающие в полупроводниках свободные электроны без возникновения равного им количества дырок, называют донорными. Полупроводники, содержащие донорные примеси, называют электронными полупроводниками или полупроводниками n – типа. Примеси, наличие которых в кристалле полупроводника приводит к образованию дырок, называют акцепторными. Полупроводники, содержащие акцепторные примеси, называют дырочными полупроводниками или полупроводниками p – типа.
Электронно-дырочный переход. Рассмотрим полупроводник, одна часть которого содержит донорную примесь и поэтому является полупроводником Вследствие того что концентрация электронов в
Соберем электрическую цепь, состоящую из источника тока, лампочки и полупроводника с
Если изменить полярность включения источника тока (рис. 5). При замыкании цепи лампочка не светится, т. е. электрического
Если положительный полюс источника тока подключить к
Такой кристалл обладает электронной проводимостью (или проводимостью Если в одну из поверхностей кристалла германия вплавить индий, то в поверхностном слое германия образуется область с проводимостью
Для защиты от внешних воздействий кристалл германия помещают в герметичный металлический или стеклянный корпус (рис. 9).
Полупроводниковые диоды имеют высокий коэффициент полезного действия, они долговечны и миниатюрны по размерам. К недостаткам полупроводниковых диодов относится то, что они могут работать в ограниченном интервале температур (от ‑ 70 ºС до 125 ºС).
Если к фотодиоду приложить запирающее напряжение и направить на него электромагнитное излучение, то через диод будет проходить обратный ток. Сила этого тока изменяется прямо пропорционально интенсивности излучения, падающего на диод (рис. 11). В таком режиме фотодиод работает как фоторезистор и его можно использовать для управления током в электрической цепи. Фотодиоды применяются в измерительной технике, системах автоматики.
Вольт-амперные характеристики (зависимость силы тока от напряжения) германиевого и кремниевого диодов приведены на рис. 14.
Работу выполняют с полупроводниковым диодом Д 226, или аналогичным ему. Основная деталь его — монокристаллическая пластинка германия 5 (рис. 15), к одной из сторон которой приварена капля индия 4. В результате в пластинке, имеющей сначала лишь электронную проводимость, получились две разграниченные области с электронной (n) и дырочной (р) проводимостями. На границе этих областей образовался электронно-дырочный переход (n – р), обладающий односторонней проводимостью для электрического тока.
При отсутствии внешнего электрического поля через электронно-дырочный переход диода взаимно диффундируют основные носители заряда: электроны из n-германия диффундируют в p-германий, а дырки из р-германия переходят в n-германии. В результате по обе стороны границы раздела двух полупроводников образуются объемные заряды различных знаков, а вместе с этим и электрическое поле. Это поле препятствует диффузии основных носителей заряда и поддерживает обратное движение неосновных носителей заряда, т. е. дырки из n-области перемещает в р-область, а электроны из р-области перемещает обратно в n-область. При встречном движении электронов и дырок часть из них рекомбинирует, в результате в переходе n — p образуется слой толщиной 10-4— 10-5 см, обедненный подвижными носителями заряда. Этот слой называют запирающим слоем. Несмотря на малую толщину, запирающий слой составляет главную часть сопротивления диода. При отсутствии внешнего электрического поля токи, образованные движением основных и неосновных носителей заряда, равны по абсолютной величине, но противоположны по направлению, поэтому сила тока через переход равна нулю. При действии на диод внешнего электрического поля, направленного от дырочного полупроводника к электронному, электрическое поле перехода n — р слабеет, основные носители зарядов движутся к границе раздела двух полупроводников, толщина и сопротивление запирающего слоя уменьшаются, в результате чего диффузионный ток основных носителей заряда возрастает и общая сила тока через переход становится не равной нулю. Ток, образованный движением основных носителей заряда и направленный от дырочного полупроводника к электронному, называют прямым током диода. С изменением полярности приложенного напряжения электрическое поле перехода п — р возрастает и диффузионное движение основных носителей заряда через переход прекращается: электрическое поле удаляет основные носители зарядов из пограничных слоев в глубь электронной и дырочной областей. Поэтому толщина запирающего слоя увеличивается, а сопротивление его возрастает. Однако небольшой ток и в этом случае течет через диод, он создается движением неосновных носителей заряда. Этот ток направлен от электронного полупроводника к дырочному и называется обратным током диода. В зависимости от направления тока в диоде приложенное к нему напряжение, а также сопротивление диода называют прямыми или обратными. В данной работе надо исследовать зависимости сил прямого и обратного токов диода от приложенных к нему напряжений, построить графики этих зависимостей и вычислить коэффициент выпрямления k диода. Порядок выполнения работы
2. Увеличивая напряжение на диоде от 3. Результаты измерений занесите в таблицу 1. Таблица 1
ЗАДАНИЕ 2. Исследуйте зависимость силы обратного тока от приложенного к диоду напряжения.
2. Плавно увеличивая обратное напряжение на диоде измерьте силу обратного тока диода при следующих значениях напряжения 3. Результаты измерений запишите в таблицу 2. Таблица 2
4. По экспериментальным данным постройте график зависимости силы тока от приложенного напряжения. Силу прямого тока и прямое напряжение считайте положительными, а их обратные значения — отрицательными. По оси абсцисс отложите напряжение, а по оси ординат — силу тока. 5. Проанализируйте полученные результаты и сформулируйте выводы. Выключите электрооборудование и приведите рабочее место в порядок.
Вопросы и задания для самоконтроля: 1. Почему при измерении силы прямого тока в диоде все соединения в электрической цепи должны иметь хорошие контакты? 2. Почему опасно подавать прямое напряжение на диод более 0,5 В? 3. Почему длительное прохождение прямого тока изменяет сопротивление диода? 4. Зачем изменяют схему включения приборов, когда измеряют силы прямого и обратного токов в диоде?
7. На рисунке 19 а), б) изображены Литература 1. Физика. Учебник/И.Н. Наркевич, Э.И. Волмянский, С.И. Лобко.–Мн: Новое знание, 2004. 2. Физика. Учебное пособие/В.А. Бондарь, А.А. Луцевич, О.А. Новицкий и [др.]; Под общ. ред. В.А. Яковенко.–Мн: БелЭн, 2002. 3. Луцевич А.А. Физика: Весь школьный курс в таблицах/ А.А. Луцевич.– Мн: Юнипресс, 2010. 4. Общая физика. Практикум: Учеб. Пособие/ В.А. Бондарь и [др.]; под общ. ред. В.А. Яковенко.–Мн: Высшая школа, 2008. 5. Физический практикум/А.М. Саржевский, В.П. Бобрович, Г.Н. Борздов и [др.]; под ред. Г. С. Кембровского. Мн.; Университетское, 1986. 6. Савельев И.В. Курс физики: Учеб.: В 3-х т. Т. 2: Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика. − М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|