Лабораторная работа №2
.doc
Санкт-Петербургский
Государственный Электротехнический Университет.
Кафедра микроэлектроники
Отчет
по лабораторной работе № 2
"Исследование выпрямительных диодов"
Выполнила: Белаш А.Г.
Группа: 9331
Факультет: КТИ
Проверила: Александрова О.А.
Санкт-Петербург
2001 г.
Цель работы - экспериментальное исследование ВАХ германиевого и кремниевого выпрямительных диодов, а также их выпрямительных свойств в зависимости от частоты переменного сигнала.
Описание установки
Исследование ВАХ диода проводят методом характериографа с помощью осциллографа С1-83 (рис. 2.2). Генератор G формирует переменное напряжение одной полярности. Последовательно с диодом включен резистор R, напряжение с которого, пропорциональное току, проходящему через диод, подается на пластины вертикального отклонения осциллографа ("Y" - канал II). Напряжение с диода подается на пластины горизонтального отклонения осциллографа ("X" канал I). При этом сопротивление резистора выбрано настолько малым, что падением. напряжения на нем можно пренебречь по сравнению с падением напряжения на диоде.
Кроме ВАХ на экране осциллографа в режиме временной развертки можно наблюдать зависимости от времени тока, проходящего через диод (канал II), и напряжения на диоде (канал I). В этом случае на схему подают переменное напряжение синусоидальной формы от внешнего генератора звуковых частот Г3-102, а резистор R выполняет роль нагрузки. Выпрямленное напряжение на нагрузке измеряют вольтметром постоянное тока. Таким образом можно исследовать зависимость выпрямительных свойств диода от частоты.
Диоды, исследуемые в работе, помещены в термостат, обеспечивающий изменение температуры от комнатной до 70 °С. Температура контролируется стрелочным прибором, установленным на лицевой панели лабораторного стенда.
Рис. 2.2. Схема для исследования выпрямительных диодов
Обработка результатов
1. Построим ВАХ германиевого и кремниевого диодов по экспериментальным осциллограммам:
mхu = 20 10 Т1 =291 К – начальная температура
myu = 10 ; R = 1 Ом Т2 =327 К – температура после нагрева
Myi=
mxu = 1 B/дел
myu1 = 10; R = 5 кОм myu2 = 200
Myi1 = Myi2 = 40 мкА/дел
2.Рассчитаем статические сопротивления выпрямительных диодов (они рассчитываются для максимального тока и половины максимального тока при прямом включении и для максимального напряжения и его половины при обратном):
Диод |
|||||||
Ge |
Si |
||||||
T1 = 291 K |
T2 = 327 K |
T1 = 291 K |
T2 = 327 K |
||||
Rпр, Ом |
Rобр, кОм |
Rпр, Ом |
Rобр, кОм |
Rпр, Ом |
Rобр, кОм |
Rпр, Ом |
Rобр, кОм |
8 |
489,13 |
6,67 |
500 |
16,67 |
687,5 |
14,67 |
214,28 |
11,11 |
274,73 |
10 |
271,74 |
28,95 |
600 |
27,14 |
375 |
3. Построим частотную зависимость выпрямленного напряжения :
График зависимости выпрямленного напряжения от ln частоты:
4. При U = 1 В рассчитаем ширину запрещённой зоны (Э) для германия.
I обр(291 К) = 910-6 А;
I обр(327 К) = 8010-6 А
, где ni – собственная концентрация носителей в базе диода
Э – ширина запрещенной зоны, k = 8,6210-5 – постоянная Больцмана.
Графики зависимости выпрямленного напряжения от времени:
Вывод: в ходе лабораторной работы было проведено исследование ВАХ германиевого и кремниевого выпрямительных диодов. Выявлено протекание меньшего тока через кремниевый диод при том же напряжении, так как Э у него больше, чем у германиевого, следовательно, концентрация неосновных носителей меньше, а, значит, больше контактная разность потенциалов к. При повышении температуры к уменьшается, это обуславливает больший ток при том же напряжении.
Для исследования обратной ветви ВАХ чувствительности осциллографа недостаточно. У кремниевого диода обратный ток более низкий, что обусловлено насыщением неосновных носителей при малом токе. Повышение температуры приводит к повышению тока.
При высоких частотах (>10кГц) время процесса рекомбинации сравнимо с периодом сигнала и носители зарядов не успевают рекомбинировать. В результате чего диод теряет свой выпрямляющие свойства.