Введение
Полупроводниковый диод – полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода.
Плоскостные p-n-переходы для полупроводниковых диодов получают методом сплавления, диффузии и эпитаксии.
Условное графическое обозначение (рис. 1) зависит от конструкции диода.
а б в г д е
а – диод; б – стабилитрон; в – симметричный стабилитрон;
г – туннельный диод; д – варикап; е – обращённый диод
Рисунок 1 – Обозначение диодов на принципиальных схемах
Основные характеристики и параметры диодов:
- вольт-амперная характеристика;
- постоянный обратный ток диода;
- постоянное обратное напряжение диода;
- постоянный прямой ток диода;
- диапазон частот диода;
- дифференциальное сопротивление;
- ёмкость;
- пробивное напряжение;
- максимально допустимая мощность;
- максимально допустимый постоянный прямой ток диода.
Типы диодов по назначению
- Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.
- Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов, предназначены для применения в импульсных режимах работы.
- Детекторные диоды предназначены для детектирования сигнала
- Смесительные диоды предназначены для преобразования высокочастотных сигналов в сигнал промежуточной частоты.
- Переключательные диоды предназначены для применения в устройствах управления уровнем сверхвысокочастотной мощности.
- Параметрические
- Ограничительные диоды (диаки, супрессоры) предназначены для защиты радио и бытовой аппаратуры от повышения сетевого напряжения.
- Умножительные
- Настроечные
- Генераторные
Типы диодов по частотному диапазону
- Низкочастотные
- Высокочастотные
- СВЧ
Типы диодов по размеру перехода
- Плоскостные
- Точечные
Типы диодов по конструкции
- Диоды Шоттки
- СВЧ-диоды
- Стабилитроны
- Стабисторы
- Варикапы
- Светодиоды
- Фотодиоды
- Pin диод
- Лавинный диод
- Лавинно-пролётный диод
- Диод Ганна
- Туннельные диоды
- Обращённые диоды
Вольт-амперная характеристика диода
Технические параметры диода в основном определяются его вольтамперной характеристикой (ВАХ), типовой вид которой представлен на рис. 1. Обозначения и определения основных параметров диодов и тиристоров регламентируются стандартами: «Термины, определения и буквенные обозначения» ГОСТ 20332-84. На характеристике можно выделить две типичные ветви: прямую и обратную. Прямая ветвь соответствует проводящему состоянию диода при полярности прямого напряжения. Обратная ветвь показывает закрытое состояние диода при соответствующей полярности обратного напряжения. Прямая ветвь характеризуется малыми значениями прямого напряжения на диоде, а обратная – малыми значениями тока, называемого обратным.
Рисунок 2 – ВАХ диода
При подключении постоянного источника питания «плюсом» к аноду диода (области р – типа), а «минусом» к катоду (области n – типа) диод оказывается в открытом состоянии и в цепи потечёт ток, величина которого зависит от свойств прибора и величины приложенного напряжения. Прямая полярность подключения определяет движение электронов из области n – типа в сторону области р – типа, а «дырки» из области р – типа движутся навстречу электронам. Встречаясь в области р – n перехода носители рекомбинируют и прекращают своё существование. Отрицательный заряд батареи поставляет неограниченное число электронов в n область, а положительный сгенерирует неограниченное число «дырок» в р области. В таком случае сопротивление р – n перехода мало, что способствует протеканию прямого тока.
При обратном подключении источника питания к прибору, электрические заряды на диоде поведут себя по другому: электроны в области n проводимости будут стремиться к положительному заряду, удаляясь от р – n перехода. В свою очередь, дырки в области р проводимости станут перемещаться к отрицательному электроду так же удаляясь от р – n перехода. В итоге граница областей с различной проводимостью расширится и образует зону, обеднённую любыми носителями. Такая зона оказывает току большое сопротивление, однако небольшой обмен носителями здесь всё же происходит, а значит, есть и ток, но его величина во много раз меньше прямого. Этот ток принято называть обратным током диода.
Порядок выполнения работы:
1) запустить программу «Multisim»;
2) используя встроенную библиотеку компонентов и приборов составить схему из приложения А;
3) установить на генераторе синусоидальное напряжение 3В частотой 5 Гц;
4) запустить симуляцию, настроить осциллограф в режиме развёртки В-А так, чтобы было хорошо видно прямую ветвь (рис. 2) ВАХ диода;
5) остановить симуляцию, зарисовать ВАХ диода;
6) установить на генераторе синусоидальное напряжение 150 В частотой 5 Гц;
7) запустить симуляцию, настроить осциллограф в режиме развёртки В-А так, чтобы было хорошо видно обратную ветвь (рис. 2) ВАХ диода;
8) остановить симуляцию, зарисовать ВАХ диода;
9) сохранить созданную схему под своим именем;
10) аналогичным способом измерить ВАХ полупроводникового стабилитрона (приложение Б, настройки генератора – 4 В, 5 Гц);
11) составить схему для диака из приложения В;
12) мультиметр настроить на режим измерения тока, осциллограф на режим обычной временной развёртки;
13) повысив напряжение при помощи переключения обмоток трансформатора, убедиться в перегорании предохранителя;
14) остановить симуляцию, сделать выводы, объяснить что происходит;
15) составить схему выпрямительного моста (приложение Г);
16) установить на генераторе синусоидальное напряжение 9 В частотой 50 Гц;
17) запустить симуляцию, настроить осциллограф;
18) исследовать схему, меняя напряжение и переключая нагрузку, добиться перегорания лампы и предохранителей;
19) остановить симуляцию, сделать выводы, зарисовать осциллограммы;
20) составить схему исследования диода (приложение Д);
21) запустить симуляцию, переключиться на генератор синусоидальных колебаний, настроить осциллографы;
22) сравнить осциллограммы параллельных приборов;
23) переключиться на батарею постоянного тока, изменяя движок переменного резистора R1 построить зависимость напряжения U2 (XMM2) от напряжения U1 (XMM1);
24) сохранить схемы под своим именем;
25) закрыть программу;
26) ответить на контрольные вопросы.
27) оформить отчет в соответствии с требованиями стандарта предприятия СТП ОмГУПС 1.2-2005 г..
Содержание отчета:
1) титульный лист;
2) цель работы;
3) краткие сведения;
4) схемы;
5) диаграммы с комментариями;
6) ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы:
1) Как образуется «дырка» в полупроводнике?
2) Какое назначение смесительных диодов?
3) Как по ВАХ отличить германиевые полупроводники от кремниевых.
4) Чем стабистор отличается от стабилитрона?
5) Приведите простейшую схему стабилизатора напряжения с использованием стабилитрона.
6) Где используются диаки?
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)
Схема измерения ВАХ диода
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(обязательное)
Схема измерения ВАХ стабилитрона
ПРИЛОЖЕНИЕ В
(обязательное)
Схема исследования диака
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
(обязательное)
Схема диодного выпрямительного моста
ПРИЛОЖЕНИЕ Д
(обязательное)
Схема исследования диода
