Файл: Статические характеристики полупроводниковых.docx

Цель работы: В ходе лабораторной работы построить цепь с тремя разными диодами (кремниевый, германиевый и диод Шотки), построить их ВАХ, по которым требуется определить прямое напряжение для каждого из диодов.

Основные положения Основные свойства p−n-переходов

Полупроводниковый диод представляет собой прибор, основанный на свойствах p−n-перехода. В собственном полупроводнике свободные электроны и дырки образуются попарно и число электронов равно числу дырок. При введении в полупроводник донорных примесей электрон атома примеси, не участвующий в межатомных связях, легко переходит в зону проводимости полупроводникового материала. При этом в кристаллической решетке остается неподвижный положительно заряженный ион примеси, а электрон добавляется к свободным электронам собственной проводимости. В этом случае концентрация свободных электронов в полупроводнике превышает концентрацию дырок в нем. Такой полупроводник

---

называют полупроводником n-типа. При введении в полупроводник акцепторных примесей атомы примеси в процессе формирования межатомных связей отбирают электрон у одного из атомов полупроводникового материала, становясь неподвижными отрицательными ионами. В этом случае концентрация дырок в полупроводнике превышает концентрацию свободных электронов и полупроводник называют полупроводником p-типа. На границе полупроводников n- и p-типов за счет диффузии часть электронов из n-слоя переходит в p-слой, рекомбинируя с дырками, и наоборот. При этом в пограничном n-слое остается нескомпенсированный положительный заряд примесных ионов, а в p-слое – нескомпенсированный отрицательный заряд примесных ионов. Возникает контактная разность потенциалов, препятствующая переходу дырок в n-область и электронов − в p-область. Если к p−n-переходу приложено внешнее напряжение в прямом направлении («плюс» к слою p и

«минус» к слою n), то это напряжение, скомпенсировав контактную разность потенциалов, создаст прямой ток через переход. Когда напряжение приложено в обратном направлении, оно увеличивает потенциальный барьер и проводимость перехода остается весьма малой.

1.1 Построение и анализ прямой ветви вольтамперных характеристик диодов

Построение прямой ветви вольтамперных характеристик диодов (в дальнейшем ВАХ) выполняется при использовании схемы, представленной на рис 1


Рис. 1 – схема 1
Диоды D1 (кремниевый, модель 1N4148), D2 (германиевый, модель 10TQ045- IR) и D3 (диод Шотки, модель 1N5819) через токоограничивающие резисторы R1, R2, R3 подключены к источнику напряжения V1 в

---

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

Построим семейство ВАХ кремниевого диода, в зависимости от температуры

---

Рис. 3 – ВАХ при измерении температур

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 рассчитывается изменение напряжение на диоде с изменением температуры на 40оС: ∆V ∕ ∆T при I = const.

Для разницы температур 100 и 60

∆V ∕ ∆T=1,57 В/°C

Для разницы температур 20 и 60

∆V ∕ ∆T=1,55 В/°C

Для разницы температур 100 и 20

∆V ∕ ∆T=1,56 В/°C

1.3. Задание

Определим необходимую величину напряжения источника напряжения V1 (1) для обеспечения в цепи, состоящей из элементов R1 и D1, тока, заданного преподавателем, равного 20 мА.


Рис. 4 – схема 2


Рассчитываем падение напряжения на резисторе V1(R) при заданном токе I1 (V1(R)

= I2·R2) и откладывается по оси напряжений от точки V1(D)= 0, 779 В Сумма V1(1) = V1(D) + V1(R)= 0,779+0,02*2000=40.8 В показывает величину напряжения, создающего заданный ток в цепи.


Рис. 5(Измеряем изменение сопротивления в диапазоне тока)

Вывод: в ходе лабораторной работы была построена цепь с тремя разными диодами (кремниевый, германиевый и диод Шотки), построена их ВАХ, по которым было определено прямое напряжение для каждого из диодов. Построили семейство ВАХ кремниевого диода в зависимости от температуры

---

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

---