Снятие вольт-амперной характеристики р-n перехода

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

Исследование полупроводниковых приборов

Снятие вольт-амперной характеристики р-n перехода.

Цель работы. Ознакомиться с работой полупроводникового диода.

Снять вольтамперную характеристику.

Задание на подготовку к лабораторной работе.

В результате изучения теоретического материала студент должен

знать:

- основные характеристики полупроводниковых материалов, отличающие их от диэлектриков и металлов;

- физическую природу возникновения р-п перехода в полупроводнике;

- основные свойства и параметры р-п перехода;

Уметь:

- строить по данным электрических измерений прямую и обратную ветвь вольтамперной характеристики р-п перехода;

- определять работоспособность полупроводниковых диодов с помощью электроизмерительных приборов.

Пояснения. Полупроводники занимают промежуточное поло­жение между проводниками и изоляторами. Носителями тока в них являются, кроме свободных электронов, еще и, так называемые, дырки. Это пустые места, возникающие в кристаллической решетке атомов при отрыве электронов. На это незамещенное место может перейти электрон из соседнего атома, оставив после себя новую дырку. Таким образом, дырки могут передаваться от одного атома к другому атому, что равноценно движению положительного заря в направлении перемещения дырки.

В химически чистом полупроводнике (предварительно тщательно очищенном от примесей) концентрация свободных электронов и дырок одинаково, поэтому такой чистый проводник плохо проводит электрический ток. Желательно, чтобы в полупроводнике в качестве носителей тока значительно преобладали электроны или дырки. Для этого в полупроводник вводят незначительное, но точно определенное количество примеси, которая придает проводимости полупроводника определенный характер — электронный или дырочный — и одновременно во много раз увеличивает проводимость полупроводника.

Если в кристалл чистого четырехвалентного германия внести примесь пятивалентного элемента, например сурьмы, то в нем появится избыток свободных электронов. Если в кристалл чистого германия внести примесь трехвалентного элемента, например индия, то он будет иметь избыток дырок.

Примесный элемент, создающий избыток электронов в полупроводнике, называется донором. Полупроводник с электронной проводимостью называется полупроводником с проводимостью n- типа. Примесный элемент, создающий в полупроводнике избыток дырок, называется акцептором (проводимость р-типа).

Если спаять два кристалла с разными проводимостями (см. рис. 17), образуется полупроводниковый переход р-n, который обладает очень полезным свойством — вентильным действием, т. е. хорошо проводит электрический ток только в одном направлении, следовательно он может служить для выпрямления переменного тока. Его называют полупроводниковым диодом, или полупроводниковым вентилем.

Если приложить к переходу р - п разность потенциалов полярностью, указанной на рис. 17, то электроны, находящиеся в зоне n, под действием

.

 

Рис. 17 – Образование р-n перехода.

электрического поля устремятся через переход в зону р. Дырки, находящиеся в зоне р, под действием этого же электрического поля

устремятся через переход в зону n. В области перехода дырки и электроны нейтрализуются, или, как обычно говорят, рекомбинируют.

Такое встречное движение носителей заряда разного знака является электрическим током через переход р-n полупроводникового диода

При обратной полярности дырки и электроны движутся «от перехода». Через переход нет движения носителей заряда, поэто­му и электрический ток через переход почти не течет. Малый ток в непроводящем направлении диода создается неосновными носителями тока— дырками, имеющимися в малом количестве в электронном полупроводнике, и свободными электронами, име­ющимися в дырочном полупроводнике.

Таким образом, полупроводниковый диод хорошо пропускает электрический ток только в одном — прямом направлении. Когда источник напряжения включен противопо­ложной полярностью, ток течет в обратном направлении. Соответственно этому введены понятия: прямой ток и прямое напря­жение (когда диод открыт и пропускает ток) и обратный ток и обратное напряжение (когда диод закрыт и не пропускает тока). Основной характеристикой полупроводникового диода являет­ся его вольтамперная характеристика, т. е. зависимость тока от напряжения, приложенного к диоду (рис.18, б). Вольтамперную характеристику снимают по схеме, изобра­женной на рис. 18 а.

 

I

.

 

Рис. 18 - Испытание полупроводниковых диодов:

а — схемавключения приборов для снятия вольтамперной характеристики полупровод­никового диода, б — вольтамперная характеристика диода.

 

Оборудование и аппаратура

 

Миллиамперметр постоянного тока, вольтметр, микроамперметр, полупроводниковый диод, реостат на 2000 ом, 0,2 а, переключатель полярности на три положения, он же выклю­чатель.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему (рис.18а).

2.Снять прямую ветвь ВАХ, для чего установить переключатель в нижнее положение (подать питание к потенциометру и диоду).

3. Реостатом установить различные значения напряжения всего 6—8 точек) от нуля до 2В, записать показания приборов в табл. 7

Табл.7.

4. Снять обратную ветвь ВАХ, для чего установить переключатель в верхнее положение и заменить миллиамперметр на микроамперметр.

6. По данным таблицы 7 построить ВАХ полупроводникового диода.

 

3.2 Проверка работоспособности полупроводниковых диодов.

Цель работы. Научиться с помощью простейших средств проверять исправность полупроводниковых диодов.

Пояснения. Полупроводники диоды обладают свойством односторонней проводимости, что вытекает из их ВАХ. Основываясь на этом свойстве можно с помощью омметра установить исправен или неисправен полупроводниковый диод до установки его в схему.

 

Оборудование и аппаратура

Омметр с внутренним источником постоянного тока (батарейкой), набор полупроводниковых диодов, содержащий неисправные.