Изучение полупроводниковых диодов

ЛАБАРАТОРНАЯ РАБОТА №1

 

Разработал Корнеев П.А.

Руководитель Погужельский С.А.

 

Цель работы:

Снятие и анализ вольтамперных характеристик германиевого и кремниевого диодов. Определение их параметров по характеристикам.

Выполнение работы:

1. Собрать схему исследования диодов, включённых в прямом направлении.

Рисунок 1 – Схема исследования диодов, включённых в прямом направлении.

2. Измеряя ток генератора в соответствии с таблицей 1, записать показания вольтметра.

Таблица 1 – Данные для построения прямой ветви ВАХ диода

Прямой тоокб Iпр, mA	0,02	0,05	0,1	1,0	5,0	10,0	20,0	50,0	100,0
Напряжение на диоде VD1, Uпр2,mB	50.99	75.63	95.77	95.77
Напряжение на диоде VD2, Uпр2,mB	553.2	577.3	595.4	655.1	696.7	714.7	732.6	756.3	774.2

 

3. Собрать схему исследования диодов, включенных в обратном направлении.

Рисунок 2 – Схема исследования диодов, включенных в обратном направлении.

4. Снять обратные характеристики диодов (проложив обратную полярность), имения напряжения в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2- данные для построения обратной ветви ВАХ диода.

 

 

Обратное напряжение на диоде Uобрт В	0.1	1.0	10.0	50.0	100.0	100.1	100.2	100.3	100.4
Ток через диод VD1, Iобр1 mAK	4.692	2.746	14.78	54.78	104.8	328.6	11.00		8.362
Ток через диод VD2, Iобр2 mAK	0.100	1.000	10.00		100.0	100.1	100.2		100.3

 

4. Построить ВАХ диодов в координатных осях.

График 1 – Вольтамперная характеристика (ВАХ) кремниевого диода.

График 2 – Вольтамперная характеристика (ВАХ) германиевого диода.

5. Определить режим работы диода в системе (рисунок 3), при Е=2В, R=390Ом, используя ВАХ диода.

Рисунок 3 – Схема для определения режима работы диода 1N6098

6. Вывод: В ходе лабораторной работы с помощь Electronics Work bench V5.12 были собраны и исследованы схемы включения германиевого МВR1060 и кремниевого 1N6098 диодов. На основании снятых показаний построены вольтамперные характеристики кремниевого и германиевого диодов при прямом и обратном включении. Определён режим работы работы кремниевого диода 1N6098 (VD1) используя ВАХ этого диода.

 

 

Контрольные вопросы:
1. Что такое полупроводниковый диод?
Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами).

2. Из каких материалов изготавливаются диоды?

В качестве легирующего материала часто используют алюминий и индий. Все части будущего диода помещены в корпус, который, например, может быть маленьким стеклянным баллоном, из которого откачан воздух.

3. Сколько PN-переходов содержит диод?

Один.

4. Чем отличаются диоды, изготовленные из различных материалов?

Диоды, выполненные на основе кремния, имеют меньшую величину обратного тока и более высокую максимально допустимую температуру кристалла, чем германиевые диоды. Однако падение напряжения на кремниевых диодах в прямом включении примерно в два раза выше, чем на германиевых диодах.

5. Нарисуйте условное графическое обозначение (УГО) диода. Как называются его выводы. Запишите название выводов на рисунке.

+ анод, - катод

6. Какие приборы необходимы для снятия ВАХ диодов?

Осциллограф, Характериограф

7. Нарисуйте вольтамперную характеристику (ВАХ) диода. Расскажите о процессах, соответствующих характерным участкам ВАХ.

ID_MAX - максимальный ток через диод при прямом включении При прямом включении полупроводниковый диод способен выдержать ограниченную силу тока ID_MAX. Когда ток через прибор превышает этот предел, диод перегревается. В результате разрушается кристаллическая структура полупроводника, и прибор становится непригодным. Величина данной силы тока сильно колеблется в зависимости от разных типов диодов и их производителей.

IOP – обратный ток утечки

При обратном включении диод не является абсолютным изолятором и имеет конечное сопротивление, хоть и очень высокое. Это служит причиной образования тока утечки или обратного тока IOP. Ток утечки у германиевых приборов достигает до 200 µА, у кремниевых до нескольких десятков nА. Самые последние высококачественные кремниевые диоды с предельно низким обратным током имеют этот показатель около 0.5 nA.

 

PIV(Peak Inverse Voltage) - Напряжение пробоя

При обратном включении диод способен выдерживать ограниченное напряжение – напряжение пробоя PIV. Если внешняя разность потенциалов превышает это значение, диод резко понижает свое сопротивление и превращается в проводник. Такой эффект нежелательный, так как диод должен быть хорошим проводником только при прямом включении. Величина напряжения пробоя колеблется в зависимости от разных типов диодов и их производителей.