2.1. Исследование прямой ветви ВАХ туннельного диода.
2.1.1. Из элементов, приготовленных к работе собрать схему для исследования прямой ветви ВАХ (рисунок), подключить генератор тока ГТ и измерительные приборы с помощью соединительных проводов.
|
Проверить правильность установки диода в съёмном элементе. Минусовой электрод имеет более широкое основание.
Измерение прямого тока осуществлять амперметром АВМ1 с пределом измерения 10 мА. В случае необходимости уменьшить предел измерения. Для измерения прямого напряжения использовать вольтметр АВМ2 с пределами измерения 0,5 В. Собранную схему показать преподавателю.
Включить тумблер “Сеть”.
2.1.2. Исследование первой восходящей ветви ВАХ.
Установить на источнике тока ГТ минимальное значение выходного тока. Плавно увеличивать значения тока. Результаты измерения прямого тока и соответствующего ему прямого напряжения занести в таблицу.
| I, мА | ||||||
| U, В |
Получить не менее 3...4 отсчетов. По длине ВАХ экспериментальные точки должны быть расположены приблизительно равномерно. При необходимости уменьшить предел измерения прямого тока. Наиболее точные измерения выполняются при условии, что стрелка прибора отклоняется не менее чем на 2/3 длины шкалы.
Начиная с некоторого значения тока (тока пика Iп) в показаниях вольтметра возникнет скачок напряжения. Это соответствует переходу на вторую восходящую ветвь характеристики.
2.1.3. Исследование второй восходящей ветви ВАХ.
Увеличить предел измерения вольтметра АВМ2 до 1 или 5 В. Далее следует установить на источнике тока ГТ максимальное значение выходного тока. Далее плавно уменьшать значение тока при помощи ручек “ГРУБО” и “ТОЧНО”, регистрируя при этом значения тока и напряжения на второй восходящей ветви ВАХ. Записать в таблицу не менее 3...4 отсчетов. Начиная с некоторого значения произойдёт обратный скачок напряжения в показаниях вольтметра. Это соответствует переходу на первую восходящую ветвь ВАХ. Закончить измерения.
По результатам измерений построить график прямой ветви ВАХ для туннельного диода.
ВНИМАНИЕ! Обратная ветвь ВАХ туннельного диода не исследуется!
Содержание отчета
3.1. Титульный лист.
3.2. Цель работы.
3.3. Схема электрическая принципиальная для исследования прямой ветви ВАХ туннельного диода.
3.4. Результаты измерений, сведенные в таблицу.
3.5. Результаты измерений в виде графика зависимости I=f(U).
3.6. Основные справочные параметры туннельного диода АИ301А.
3.7. Выводы о работе.
Контрольные вопросы и задания
4.1. Объясните туннельный пробой p-n -перехода.
4.2. Приведите основные параметры туннельного диода.
4.3. Можно ли экспериментально определить ток и напряжение впадины?
4.4. Какие отличия между туннельными диодами, имеющими обозначение АИ301А и 3И301А?
4.5. В каких схемах применяются туннельные диоды?
Лабораторная работа № 4
Исследование вольт-амперной характеристики
Светоизлучающего диода
Цель работы. Исследовать вольт-амперную характеристику (ВАХ) светоизлучающего диода.
Оборудование. Лабораторный стенд 87Л-01, сменная панель 1.
Объект исследования. Светодиод АЛ307АМ или аналогичный.
Общие сведения
Светоизлучающий диод (СИД) - полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования электрической энергии в энергию некогерентного светового излучения. Свечение в p-n -переходе возникает вследствие рекомбинаций носителей заряда (электронов и дырок). Оно наблюдается при смещении перехода в прямом направлении. При рекомбинациях происходит выделение фотонов и возникает некогерентное свечение люминесценции. Сила света примерно пропорциональна числу зарядов, инжектированных p-n -переходом. Цвет свечения (частота излучения) светодиода зависит от материала и состава легирующих примесей в p-n -переходе. В качестве материалов используются арсенид галлия (GaAs), фосфид галлия (GaP), фосфид кремния (SiP), карбид кремния (SiC) и др.
В настоящее время дискретные светодиоды рассматриваются как простейшие полупроводниковые индикаторы.
В соответствии с частотным диапазоном генерируемого излучения различаются светоизлучающие диоды (светодиоды) и инфракрасные излучающие диоды (ИК-диоды).
Излучение этих диодов некогерентно, но в отличие от тепловых источников света имеет узкий спектр (как правило, Dl не более 0,05 мкм), вследствие чего в видимой области воспринимается как одноцветное.
Светоизлучающие диоды в зависимости от назначения делятся на полупроводниковые генераторы излучения (ПГИ) и полупроводниковые индикаторы.
ПГИ предназначены для использования в волоконно-оптических линиях передачи информации, в составе оптоэлектронных пар.
Полупроводниковые индикаторы по конструкции делятся на монолитные и гибридные. Монолитная конструкция используется обычно при малых размерах изображения (не более 3 мм), гибридная - при больших. В гибридных индикаторах взаимное расположение элементов изображения определяется взаимным расположением кристаллов, размещенных на основании корпуса. При этом размеры светящихся элементов формируются с помощью монолитного пластмассового световода. Оптическое преобразование изображения точечного источника (одного кристалла) в изображение светящегося элемента индикатора осуществляется благодаря многократному отражению и рассеянию света внутри каждой из полостей световода, оптически изолированных между собой.
Типичные значения силы света современных СИД составляют 0,5...1 мкд при токе 10 мА и напряжении 1,5...3 В. Промышленность выпускает светодиоды красного, желтого, зеленого и синего цветов свечения, а также диоды с управляемым цветом свечения.
Диоды типа АЛ307 изготовляются в конструкции с монолитной полимерной герметизацией, с полусферическим прозрачным куполом и использованием медного кристаллодержателя. Угол излучения таких диодов определяется отношением S/R, где S - высота полимерного купола над кристаллом; R - радиус полусферы купола. Для СИД с широкоугольным излучением S/R=1,6, что позволяет получить угол излучения a=50°±10°. Диоды с узкой диаграммой направленности излучения имеют S/R» 2, что позволяет получить угол излучения a = 8...15°.
Светоизлучающие диоды в основном применяются как элементы индикации включения, готовности аппаратуры к работе, наличия напряжения питания в блоке, аварийной ситуации и других состояний. Индикацией называется представление результатов контроля и измерений в виде, удобном для зрительного (визуального) восприятия. Контроль, как правило, осуществляется по принципу “больше - меньше”, “включен - выключен”.
Дискретные светодиоды в пластмассовых корпусах применяются также для набора матриц и линейных шкал, служащих средствами отображения крупноразмерной цифровой и линейно изменяющейся информации.
ИК-диоды находят применение в разнообразных устройствах, принцип действия которых основывается либо на электрическом управлении мощностью излучения диода, либо на управлении коэффициентом передачи оптического канала при постоянной мощности излучения. ИК-диоды широко применяются в системах дистанционного управления бытовой радиоаппаратурой, в различных датчиках бесконтактного типа, в узлах и линиях, требующих гальванической развязки.
Термины, определения и обозначения параметров светоизлучающих диодов приведены в ГОСТ 22274-80. Основными параметрами светодиодов являются:
1) сила света In - световой поток, приходящийся на единицу телесного угла в направлении, перпендикулярном плоскости излучающего кристалла. Указывается при заданном значении прямого тока в канделах;
2) яркость L - величина, равная отношению силы света к площади светящейся поверхности. Измеряется в канделах на квадратный метр;
3) постоянное прямое напряжение Uпр - напряжение на светодиоде при протекании постоянного прямого тока;
4) максимально допустимый постоянный прямой ток Iпр max - максимальный прямой ток, при котором обеспечивается заданная надёжность при длительной работе;
5) максимально допустимое обратное постоянное Uобр max - максимальное постоянное напряжение, приложенное к диоду, обеспечивающее заданную надёжность при длительной работе;
6) максимум спектрального распределения lmax - длина волны излучения, соответствующая максимуму спектральной характеристики светодиода (характеризует цвет свечения);
7) ширина спектра излучения Dl - интервал длин волн, в котором интенсивность излучения светодиода составляет половину максимальной;
8) угол излучения a - плоский угол, в пределах которого сила света составляет не менее половины её максимального значения.
Характеристикой СИД как источника света является зависимость силы света от прямого тока (световая характеристика). Она имеет нелинейный начальный участок, характеризуемый низкими выходными яркостями, и практически линейный участок, в пределах которого яркость изменяется в 10...100 раз. Этот участок чаще всего и используется в качестве рабочего.
Спектральная характеристика показывает зависимость интенсивности излучения от длины волны излучаемого света.
Диаграмма направленности излучения показывает зависимость силы света от угла, под которым ведется наблюдение излучения. Излучение светодиода может быть узконаправленным или рассеянным.
ВАХ описывает свойства светодиода как элемента электрической цепи.
