Файл: Статические характеристики полупроводниковых.docx

Цель работы: В ходе лабораторной работы построить цепь с тремя разнымидиодами (кремниевый, германиевый и диод Шотки), построить их ВАХ, покоторымтребуетсяопределитьпрямоенапряжениедлякаждогоиздиодов.

Основные положения Основные свойства p−n-переходов

Полупроводниковый диод представляет собой прибор, основанный насвойствах p−n-перехода. В собственном полупроводнике свободные электроны идырки образуются попарно и число электронов равно числу дырок. При введениив полупроводник донорных примесей электрон атома примеси, не участвующий вмежатомных связях, легко переходит в зону проводимости полупроводниковогоматериала. При этом в кристаллической решетке остается неподвижныйположительно заряженный ион примеси, а электрон добавляется к свободнымэлектронам собственной проводимости. В этом случае концентрация свободныхэлектронов в полупроводнике превышает концентрацию дырок в нем. Такойполупроводник

---

называютполупроводникомn-типа.Привведении вполупроводник акцепторных примесей атомы примеси в процессе формированиямежатомных связей отбирают электрон у одного из атомов полупроводниковогоматериала, становясь неподвижными отрицательными ионами. В этом случаеконцентрация дырок в полупроводнике превышает концентрацию свободныхэлектронов и полупроводник называют полупроводником p-типа. На границеполупроводников n- и p-типов за счет диффузии часть электронов из n-слояпереходитвp-слой,рекомбинируяс дырками,и наоборот.Приэтомвпограничном n-слое остается нескомпенсированный положительный зарядпримесных ионов, а в p-слое – нескомпенсированный отрицательный зарядпримесных ионов. Возникает контактная разность потенциалов, препятствующаяпереходу дырок в n-область и электронов − в p-область. Если к p−n-переходуприложеновнешнеенапряжениевпрямом направлении(«плюс»кслоюpи«минус» к слою n), то это напряжение, скомпенсировав контактную разностьпотенциалов,создастпрямойтокчерезпереход.Когданапряжениеприложеновобратном направлении, оно увеличивает потенциальный барьер и проводимостьпереходаостаетсявесьмамалой.

1.1 Построение и анализ прямой ветви вольтамперных характеристик диодов

Построениепрямойветвивольтамперныххарактеристикдиодов(вдальнейшемВАХ)выполняетсяприиспользованиисхемы,представленнойнарис 1Рис.1–схема1Диоды D1 (кремниевый, модель 1N4148), D2 (германиевый, модель 10TQ045-IR) и D3 (диод Шотки, модель 1N5819) через токоограничивающие резисторы R1,R2,R3подключеныкисточникунапряженияV1в

---

прямом направлении (p-слой – к

«плюсу», n-слой – к «минусу» источника). При напряжении на диоде, компенсирующем контактную разность потенциалов, через p-n переход проходит прямой ток.

Графики ВАХ диодов


Рис.2

Графики ВАХ диодов
По координатам двух точек – левой (Left) и правой (Right) - ориентировочно оценим диапазон изменения сопротивления каждого из диодов D1, D2, D3 в заданном интервале изменения тока через диод (диапазон изменения тока задается преподавателем) от r1 = V1/ I1 до r2 = V2 / I2, а также величину прямого напряжения на диоде Vпр = (V1+ V2) / 2.

Результаты расчетов представлены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Диод	Left			Right				Vпр, мВ
	I1, мА	V1, мВ	r1, Ом		I2, мА	V2, мВ	r2, Ом
D1	7	540	77		7	640	91		590
D2	7	170	24		7	270	39		220
D3	7	90	13		7	190	27		140

1.2 Зависимость ВАХ диодов от температуры

ПостроимсемействоВАХкремниевогодиода,взависимостиоттемпературы

---

Рис.3–ВАХприизмерениитемператур

I, мА	V, мВ	T, °C
7	620.329	100
	683.109	60
	745.160	20

С помощью полученных графиков при заданном токе I=7 мА рассчитываетсяизменениенапряжениенадиодесизменениемтемпературына40оС:∆V∕∆TприI=const.Для разницы температур 100 и 60∆V ∕ ∆T=1,57 В/°CДля разницы температур 20 и 60∆V ∕ ∆T=1,55 В/°CДляразницы температур 100 и 20∆V∕∆T=1,56 В/°C1.3. ЗаданиеОпределим необходимую величину напряжения источника напряжения V1 (1) дляобеспечения вцепи,состоящейиз элементовR1иD1,тока,заданногопреподавателем,равного20мА.Рис. 4–схема2 РассчитываемпадениенапряжениянарезистореV1(R)призаданномтокеI1(V1(R)=I2·R2)иоткладываетсяпоосинапряженийотточкиV1(D)=0, 779ВСумма V1(1) = V1(D) + V1(R)= 0,779+0,02*2000=40.8 В показывает величинунапряжения,создающего заданныйток вцепи.Рис. 5(Измеряемизменениесопротивлениявдиапазонетока)Вывод: в ходе лабораторной работы была построена цепь с тремя разнымидиодами(кремниевый,германиевыйидиодШотки),построенаихВАХ,покоторым былоопределенопрямоенапряжениедлякаждогоиздиодов. Построили семейство ВАХ кремниевого диода в зависимости от температуры

---

, определили необходимое напряжение источника V1 для обеспечения в цепи, состоящей из элементов R1 и D1,

---