Исследование электрических параметров полупроводниковых диодов

Прямая ветвь ВАХ (рис. 1.1) описывается уравнением Эберса-Молла:

(1.3)

где U_Б – падение напряжения в аноде;

j_Т = (kT/q) = 0,0258 В (при Т = 300 К)

– температурный потенциал.

В диоде сопротивление R₀ постоянному току и сопротивление переменному току r_D – имеет различное значение.

Пусть U_Б = I_ПР∙r_Б, где r_Б – сопротивление базы VD (2¸60 Ом); тогда на основании выражения (1.3) можно определить следующие параметры:

- статическое сопротивление (сопротивление постоянному току)

- дифференциальное сопротивление (сопротивление переменному току)

(1.4) (1.5)

На рис. 1.4 показано: а) прямое включение диода; b) обратное включение диода;

с) схема для исследования режима работы диода на переменном токе.

 

 

Таблица №1.1,а – №1.1,с. Параметры исследуемых диодов (для 4-х шт.)

 

Тип диода - _________. (Справ. параметры):__________________________________
№
IПР (mА)	0,004	0,008	0,016	0,032	0,064	0,125	0,250	0,500	1,00	2,00	4,00	8,00	16,0	32,0
UПР (mV)
R0 (кОм)
rd (Ом)
IОБР (μк)							*	*	*	-	-	-	-	-
UОБР (V)							(15)	(15)	(15)	-	-	-	-	-
R0 (кОм)										-	-	-	-	-

 

*Диапазон U_ПР ≤ 0,3 В, т.к. exp ^U/φТ = exp^0,26/0,026 ≈ 22026, либо exp^0,36/0,026 ≈ 1·10⁶.

 

* Достроить обратную ветвь ВАХ необходимо при использовании зависимости:

I _ОБР(T2) = f (I _ОБР(T1), ΔT). → I _{ОБР (T2)} = I _{ОБР (T1)} ∙2^ΔT/T*

Ход выполнения работы

 

Для исследования параметров и построения ВАХ полупроводников выдается четыре элемента: два выпрямительных диода (Ge и Si), стабилитрон и светодиод.

 

1. Ознакомиться со схемой стенда и приборами для верного подключения анода и катода исследуемых полупроводников к схеме (рисунки 1.4 а, б, в).

 

2. Включить стенд и изменяя величину Е источника ЭДС при помощи R_РЕГ измерить прямые и обратные параметры (ВАХ) исследуемых полупроводников;

 

* В целях обеспечения электрической безопасности диапазон изменения U_ОБР в схеме стенда ограничен резистором R_ОГР до величины Е_П ≤ 20 В.

 

Поэтому, конечный участок ВАХ обратной ветви достроить, вычислив параметры I _ОБР = f (T) для температур (Т = 40; 60; 80⁰С) и вычислить их по формуле:

 

I_{ОБР (T2)} = I_{ОБР (T1)} ∙2^ΔT/T* (1.6)

 

где ΔT = (Т₂-Т₁) – разность температур окружающей среды (С^о);

T*_(Si) = 8 С^о; T*_(Ge) = 10 С^о;

T*- температура, учитывающая свойство материала полупроводника.

 

3. Все измеренные и расчетные данные занести в таблицы №1.1,а - №1.1,с.

 

4. По измеренным параметрам диода (Ge и Si), стабилитрона и светодиода построить графики функций:

I _ПР = f (U_ПР); I _ОБР = f (U_ОБР); I _ОП = f (U_ОП).

 

5. Исследовать переходные (динамические) процессы для 2-х элементов:

 

а) подать на вход схемы sin. сигнал: (U_ВХ ≤ 5В, f = 100; 1000; 10000 Гц);

 

б) зарисовать осциллограммы для диода и стабилитрона;

 

в) подать на вход схемы от генератора цифровой сигнал меандр ()

(U = 10В, f = 1 кГц);

 

г) зарисовать осциллограммы для диода и стабилитрона;

 

6. на основе экспериментов исследуемых элементов оценить зависимости:

 

R₀ = f (I_ПР); R_СТ = f (U_СТ) | при U_ПР < 0. R_СТ = U’/I’;

 

r_Б = f (I_ПР); r_Б = (U” – U’)/I’; (1.4)

 

r_d = f (I_ПР) | при U_ПР ³ 0; r_d = ΔU/ΔI; r_d = u’/i’; r_d = φ_Т / (I_0бр+I_ПР). (1.6)

7. Оценить погрешности между измеренными и вычисленными параметрами и сравнить их со справочными параметрами.

Справочные параметры полупроводников (выборочно) приведены в таблице 1.2.

 

8. Сделать выводы по проделанной работе.

Таблица №1.2,а. Диоды выпрямительные и импульсные (выпуска до 1985 г)

№	ТИП		IПР.И. А	IПр.Ср. A	UПР. В	IОБР.мА	UОБР.B	tВОССТ мкс	fМах, кГц	Т0(К)
	Д7	Ge	0,1	0,03	1,1	0,15		-	2,4 кГц
	Д2, Д9	Ge	0,05 / 0,1	0,03	1,5	0,25		0,5	100 кГц
	Д18, Д20	Ge	0,06	0,02	1,2	0,05		0,1	50 мГц
	Д101 – Д103	Si	0,05	0,03		0,05		0,5	150 кГц
	Д104 – Д106	Si	0,05	0,03		0,05		0,5	150 кГц
	Д219, Д220	Si	0,2	0,05	1,1	0,01		0,5	50 мГц
	Д223	Si	0,15	0,05		0,01		-	20 мГц
	Д226 (мет)	Si	0,50	0,30		0,05		-	10 кГц
	Д237	Si	0,8	0,30		0,05		-	10 кГц
	Д310, Д311	Ge	0,8	0,5	0,55	0,03		0,4	10 мГц

 

Таблица №1.2,б. Диоды выпрямительные и импульсные (выпуска после 1985 г.)

	КД102	Si	0,5	0,05		0,01		-	5 кГц
	КД103	Si	0,5	0,1	1,5	0,01			20 кГц
	КД104	Si	0,1	0,01		0,03			20 кГц
	КД105	Si	1,0	0,3		0,1		-	1 кГц
	КД106	Si	1,0	0,3		0,01		0,45	30 кГц
	КД208	Si	1,5 А	0,7		0,1		-	1 кГц
	КД209	Si	0,7 А	0,5	1,2	0,1		1,5	1 кГц
	КД226	Si		1,5	1,4	0,05		1,5	50 кГц
	КД409	Si	0,1	0,05	0,9	0,05		-	100 мГц
	КД503	Si	0,2	0,20	2,5	0,01		0,01	50 мГц
	ГД507	Ge	0,1	0,16	(4)	0,05		0,1	0,8 мГц
	ГД508	Ge	0,3	0,10	1,5	0,06		0,20	75 мГц
	КД510	Si	0,5	0,20	1,1	0,5		0,004	40 мГц
	КД512	Si	0,2	0,07		0,5		0,001	100 мГц
	КД513	Si	1,5	0,10	1,1	0,5		0,004	40 мГц
	КД519	Si	0,3	0,30	1,1	0,5		0,040	4 мГц
	КД521	Si	0,5	0,05		0,01		0,004	40 мГц
	КД522	Si	0,5	0,05	1,1	0,02		0,004	40 мГц
	КД202	Si	5 А	3 А		0,5		-	1 кГц
	КД206	Si	20 А	10 А	1,2	0,7		-	20 кГц
	КД212	Si	3 А	1,0 А	1,2	0,1		0,3	0,1 мГц
	КД213	Si	25 А	10 А	1,2	0,15		0,5	0,1 мГц

Таблица № 1.2,в. Опорные диоды (стабилитроны) общего назначения

№	тип	UСТ В ± ΔU	IСт Мин мА	IСт. Ном мА	IСт. Мах мА	PМАХ Вт	UПР В	Т0 (К)	rСТ Ом	auСТ %/°C	duСТ В
	КС133	3,3±10%				0,3				- 0,11	± 0,33
	КС139	3,9±10%				0,3				- 0,1	± 0,39
	КС147	4,7±10%				0,3				- 0,05	± 0,47
	КС156	5,6±10%				0,3				0,05	± 0,56
	КС168	6,8±10%				0,3				0,06	± 0,68
	КС175	7,5±10%	0,5			0,12				0,07	± 0,4
	КС182	8,2±10%	0,5			0,12				0,08	± 0,8
	КС191	9,1±10%	0,5			0,125				0,09	± 0,5
	КС210	10±10%	0,5			0,125				0,09	± 1
	КС211	11±10%	0,5			0,125				0,092	± 0,6
	КС212	12±10%	0,5			0,125				0,095	± 1,2
	КС213	13±10%	0,5			0,125				0,095	± 0,7
	КС515	15±10%				0,125				0,1	± 1,5
	КС518	18±10%				0,125				0,1	± 1,5
	КС520	20±10%				0,125				0,1	± 1,5
	КС522	22±10%				0,125				0,1	± 1,5
	КС524	24±10%				0,125				0,1	± 1,5
	КС527	27±10%				0,125				0,1	± 1,5
	КС530	30±10%				0,125				0,1	± 1,5
	КС536	36±10%				0,125				0,1	± 1,5
	Д814(А–Д)	(7 – 14)				0,125			6 – 18	0,1	± 1,5

 

Стабилитроны прецизионные и симметричные

	Д818	9,0				0,1	-			0,005	± 0,2
	КС108	6,4	7,5			0,07	-			0,002	± 0,32
	КС175*	7,5				0,125	1,5			± 0,1	± 0,4
	КС182*	8,2				0,125	1,5			± 0,1	± 0,8
	КС190					0,15	-			0,05	± 0,45
	КС210*					0,125	1,5			± 0,1	± 1
	КС212*					0,125	1,5			± 0,1	± 1,2
	КС515*					0,5	-			0,005	- 1,7

 

Светодиоды точечные, цилиндрические (Ø 2,5 – 6 мм) - (мнемонические индикаторы)

№	ТИП	UПР. В	IПР.НОМ. mА	IПР.Мах. mА	PИзл. mВт	Сила света мкд	λ (мкм)	Цвет свечения	Эквивалент замены
	АЛ307	2,3				< 0,4	0,7		АЛ310
	АЛ310	1,7				< 0,6	0,7		АЛ336
	АЛ331 - 2Х	3,0				< 0,25	0,7		-
	АЛ336	2,0				< 20	0,7		АЛ360
	АЛ341	2,8				< 0,5	0,7		АЛ331
	АЛ360	1,7				< 0,6	0,7		АЛ336

 

Контрольные вопросы к лабораторной работе №1

1. Что лежит в основе работы полупроводника?

2. С чем связано свойство прямой и обратной ветви диода?

3. Что лежит в основе работы стабилитрона (опорного диода)?

4. Что лежит в основе работы светодиода?

5. Что лежит в основе односторонней проводимости полупроводника?

6. Что дает встречное и попутное включение 2-х диодов или стабилитронов?

7. В чем отличие принципа работы стабилитрона и диода?

Рекомендуемая литература

1. Гусев В.Г. Электроника. – М.: Высш. шк., 2003. - 616 с.

2. Кононенко В.В. Электротехника и электроника.– Ростов н/Д.: Феникс, 2004.-740 с.

3. Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций. - СПб.: Корона, 2000. - 415 с.

4. Рекус Г.Г., Чесноков В.Н. Лабораторный практикум по электротехнике

с основами электроники. - М.: Высш. шк., 2001. - 250 с.

5. Березкина Т.Ф., Гусев Н.Г. Задачник по общей электротехнике

с основами электроники. - М.: Высш. шк., 2001. - 377 с.

Л АБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: