ЦЕЛЬ РАБОТЫ.
1.Исследовать работу полупроводникового диода в качестве выпрямителя.
2.Провести осциллографическое исследование вольт-амперной характеристики
полупроводникового диода.
3.Снять вольтамперную характеристику диода с помощью амперметра и вольтметра.
4.Определить значение элементарного заряда.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ.
Полупроводниковый диод – распространенный прибор для выпрямления переменного тока. Выпрямители – устройства, обладающие односторонней проводимостью, вольт-амперная характеристика их несимметрична. Для полупроводнико –
вого диода она имеет вид, указанный на рис.11.
Полупроводниковый диод представляет собой кристалл,
содержащий две области с различным типом проводимости
(см. работу 5), причем переход от проводимости n -типа к
р -типу осуществляется плавно. Толщина р-n перехода состав-
ляет величину порядка 10-4 см.
Рассмотрим качественно физические процессы, происходя-
щие в р-n переходе. В области р- типа основными носи-
телями заряда являются дырки, а не основными – элек-
троны, т.к. число дырок значительно превышает число
свободных электронов.
В области n -типа наоборот количество свободных электронов превышает число дырок.
Если между этими областями существует контакт (рис.12а),то вследствие диффузии основных носителей через р-n переход возникает электрическое поле, препятствующее дальнейшей диффузии основных носителей через переход, контактная разность потенциалов определяет высоту потенциального барьера 
По. Через эту граничную область диффундируют и не основные носители, создавая ток IS, называемый дрейфовым. В отсутствие внешнего электрического поля или другого воздействия на р-n переход дрейфовый ток уравновешивается
диффузионным током Ir основных носителей, результирующий ток через контакт равен нулю.
Пусть на p -область накладывается отрицательный, а на n -область положительный внешний потенциал (рис.12б), в результате чего разность потенциалов между этими областями увеличивается. Основные носители в обеих областях уходят от р-n перехода, ток I r близок к нулю, дрейфовый ток I s, создаваемый неосновными носителями, также мал. Результирующий ток через контакт, хотя и не равен нулю, но очень мал (обратный ток - нижняя ветвь на рис.11).
Этот факт можно трактовать как увеличение сопротивления переходного слоя при обеднении его носителями тока.
Пусть на p- область накладывается положительный, а на n -область - отрицательный потенциал (рис.12в). Это приводит к снижению высоты потенциального барьера в p-n переходе. Ток Ir при этом становится значительно больше, чем ток Is,так как основные носители движутся к p-n переходу навстречу друг другу. Увеличение числа свободных зарядов снижает сопротивление перехода. Результирующий ток с увеличением напряжения, приложенного к p-n переходу, резко возрастает (прямой ток на рис.11).
Зависимость результирующего тока p-n перехода от приложенного напряжения описывается формулой
I = IS [еxp (
) -1]
где: IS - предельное значение обратного тока,
U - внешнее напряжение, приложенное к p-n переходу,
k - постоянная Больцмана, T - температура,
При температурах, близких к комнатной и выше, и напряжениях U > 0,1B, единицей по сравнению с экспонентой можно пренебречь и считать, что
I = I S exp (
) (29)
где n - коэффициент, зависящий от типа диода (n=4).
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
Для проведения лабораторной работы используется стенд,на котором смонтированы три схемы 1 - источник питания для снятия вольт-амперных характеристик;
2 - для наблюдения осциллограммы вольт-амперной характеристики;
3 - для изучения работы однополупериодного выпрямителя.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
ЗАДАНИЕ 1. Принцип работы выпрямителя.
Подключите схему 3 стенда (рис.13) к осциллографу. При включенной развертке получите на экране кривую изменения во времени напряжения на резисторе R в двух случаях: при замкнутом и при разомкнутом ключе К.
В отчете дать вид осциллограмм, скопированный с экрана, и их объяснение
ЗАДАНИЕ 2. Наблюдение вольт-амперной характеристики.
Для выполнения задания необходимо воспользоваться схемой 2 стенда (рис.14) и осциллографом.Генератор развертки осциллографа должен быть отключен. В отчете привести вид вольт-амперной характеристики, скопированной с экрана, и пояснения ее хода.
ЗАДАНИЕ 3. Снятие вольт-амперной характеристики.
Используется схема 1 стенда, к которому подключаются амперметр и вольтметр через дополнительную схему, содержащую диод. Регулировка напряжения производится резисторами схемы 1. При проведении измерений следует учитывать, что измерительные приборы имеют собственное сопротивление и поэтому изменяют режим работы исследуемой цепи. При снятии вольт-амперной характеристики для прямого тока при подключении к стенду приборов необхо-
димо использовать схему рис.15а, для обратного тока – схему рис.15б.
ЗАДАНИЕ 4. Пользуясь вольтамперной характеристикой p-n перехода и формулой (29), определить величину элементарного заряда.
