Файл: Отчет по лабораторной работе 1 по дисциплине Основы электроники и радиоматериалы.docx
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 48
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра МИТ
отчет
по лабораторной работе № 1
по дисциплине «Основы электроники и радиоматериалы»
Тема: СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИОДОВ
| Студент гр. 9191 | | Добжанский К. |
| Преподаватель | | Буянтуев Б. С. |
Санкт-Петербург
2021
Цель работы:
Цель данной лабораторной работы заключалась в том, что было необходимо провести анализ прямой ветви вольт-амперных характеристик трех диодов, включенных в электрическую цепь, изучив при этом статистические характеристики полупроводниковых диодов и рассмотрев влияние температуры на вольт-амперные характеристики диодов.
Основные теоретические положения.
На рисунке 1.1представлено схематическое изображение структуры p-n-перехода (а) и еговольт-амперная характеристика (б).Обратный ток перехода I0 для кремниевых p-n-переходов составляет
обычно доли или единицы миллиампер, для германиевых - микроампер.
Рисунок 1.1 - Схематическое изображение структуры p-n-перехода (а) и его вольт-амперная характеристика (б)
Выражение для прямого тока I через переход представляют в виде
где V - прямое напряжение на переходе; φ0 ≈ 25 мВ – температурный потенциал при 20 ºС. Если обратное напряжение, приложенное к p-n-переходу,превосходит некоторое предельное значение, то возникает пробой перехода.
Экспериментальные результаты
1.1. Построение прямой ветви вольт-амперных характеристик диодов
Построение прямой ветви вольт-амперных характеристик (ВАХ) диодоввыполняется при использовании схемы, представленной на рисунке 1.2 ДиодыD1 (кремниевый, модель 1N4148), D2 (германиевый, модель 10TQ045_IR) иD3 (диод Шотки, модель 1N5819) через токоограничивающие резисторы R1 = 2000 Ом,R2 = 2000 Ом, R3 = 2000 Ом подключены к источнику напряжения V1с номиналом в 20Вв прямом направлении (pслой – к «плюсу», n-слой – к «минусу» источника). При напряжении на диоде, компенсирующем контактную разность потенциалов, через p–n-переходпроходит прямой ток.
Рисунок 1.2 - Общая схема цепи
Перейдем в режим анализа ВАХ диодов по постоянному току(рисунок 1.3).
На трёх графиках, приведенных ниже все горизонтальные оси отвечают за значение V(D1), V(D2), V(D3) соответственно сверху вниз, а вертикальные оси - значения токов, протекающих через диоды, которые представлены на «рисунке 1.2».(I(D1), I(D2), I(D3)). Все значения токов приведены в мA, а напряжения в мV. Где м = 10-3
I, мА
V, мВ
Рисунок 1.3(а) - ВАХ кремниевого диода
I, мА
V, мВ
Рисунок 1.3(б) - ВАХ германиевого диода
I, мА
V, мВ
Рисунок 1.3(в) - ВАХ диода Шотки
Воспользуемся функцией считывания координат точек на графике с помощью режима электронного курсора, точки на графиках были выбраны в произвольном порядке и заданы в процессе выполнения работы преподавателем, данные с этих точек можно увидеть на рисунке 1.4 (а, б, в), каждый их графиков соответствует своему диоду, на рисунках они подписаны. Их значения и дальнейшие расчеты по ним в таблице ниже.
I, мА
V, мВ
Рисунок 1.4(а) – Зависимость I(D1) от V(D1) для кремниевого диода
На рисунке 1.4.(а) построен график для кремниевого диода, вертикальная ось I(D1), мA, а горизонтальная ось V(D1), мВ. По заданию преподавателя выбираем две точки на графике и их значения заносим в Таблицу 1 в первую строчку для D1.
I, мА
V, мВ
Рисунок 1.4(б) – Зависимость I(D2) от V(D2) для германиевого диода
На рисунке 1.4.(б) Построен график для германиевого диода, вертикальная ось I(D2), мA, а горизонтальная ось V(D2), мВ.По заданию преподавателя выбираем две точки на графике и их значения заносим в Таблицу 1 во вторую строчку для D2.
I, мА
V, мВ
Рисунок 1.4(в) – Зависимость I(D3) от V(D3) для диода Шотки
На рисунке 1.4.(в) Построен график для диода Шотки, вертикальная ось I(D3), мA, а горизонтальная ось V(D3), мВ. По заданию преподавателя выбираем две точки на графике и их значения заносим в Таблицу 1 в третью строчку для D3.
С помощью маркеров измерим ВАХ трех диодов и занесем в таблицу протокола соответствующие значения.
Таблица 1. Значения токов и напряжений для диодов кремниевого, германиевого и Шотки соответственно.
| Диод | Левая точка на графике | Правая точка на графике | |||
| I1, мA | V1, мB | I2, мA | V2, мB | ||
| D1 кремниевый | 2,748 | 649,098 | 7,223 | 699,773 | |
| D2 германиевый | 2,940 | 264,763 | 7,428 | 288,601 | |
| D3Шотки | 2,985 | 174,836 | 7,472 | 201,184 | |
Оценим диапазон изменения сопротивления каждого из диодов D1, D2, D3, где I1и I2 - значения тока и V1и V2 - значения напряжения в заданном интервале.
Обработка результатов эксперимента
Расчет изменения сопротивления кремневого диода D1. Для этого из таблицы 1, первой строчки, берем значения соответствующих токов и напряжений и по формулам приведенным ниже рассчитываем наши значения.
r1=V1/I1=649,098/2,748=236,20 [Ом]
r2= V2 / I2=699,773/7,223=96,88 [Ом]
Расчет изменения сопротивления германиевого диода.Для этого из таблицы 1, второй строчки, берем значения соответствующих токов и напряжений и по формулам приведенным ниже рассчитываем наши значения.
r1=V1/I1=264,763/2,940=90,05 [Ом]
r2=V2/I2=288,601/7,428=38,85 [Ом]
Расчет изменения сопротивления диода Шотки. Для этого из таблицы 1, третьей строчки, берем значения соответствующих токов и напряжений и по формулам приведенным ниже рассчитываем наши значения.
r1=V1/I1=174,836/2,985=58,57 [Ом]
r2=V2/I2=201,184/7,472=26,92 [Ом]
Вывод по подразделу 1.1
Из полученных ВАХ можно сделать следующий вывод, что из трех типов рассмотренных диодов кремниевые имеют максимальную величину контактной разности потенциалов и изменения сопротивления, диоды Шотки–минимальную величину, а германиевые занимают промежуточное значение.
1.2. Зависимость ВАХ диодов от температуры
Построим семейство ВАХ каждого диода в зависимости от температуры (рисунок 1.5), используя схему, изображенную на рисунке 1.2, где I - постоянный ток, заданный преподавателем, V- напряжение на диоде с изменением температуры T. И данные снятый с графика занесем в соответствующую таблицу.
Рисунки 1.5 - Графики зависимости токов и напряжений кремниевого диода I(D), V(D) от температуры T, при постоянном токе, I(D) = 4 мA
По графикам, представленным на рисунке 1.5 снимаем значения напряжений при температурахT = 200C, 600C, 1000Cи при постоянном токе, заданным преподавателем I(D) = 4мA. Значения снимаем только для кремниевого диода, то есть для первого графика, в чем можно убедиться, вернувшись к «рисунку 1.4.(а)» Далее эти значения заносим в таблицу 2 и по этим значениям производим вычисления, представленные ниже.Самый правый график для кремниевого диода T = 200C, по середине график Т = 600C, самый левый Т = 1000C.
Таблица 2. Зависимость напряжения кремниевого диода от температуры при I = const
| I, мА (const) | T, 0C | V(D1), мВ | V(D2), мВ | V(D3), мВ |
| 4 | 20 | 680,519 | 280,519 | 196,104 |
| 60 | 611,039 | 235,065 | 122,078 | |
| 100 | 539,610 | 189,610 | 54,545 |
Обработка результатов эксперимента
Исходя из снятых значений с рисунка 1.5 и в последствии занесенных их в таблицу 2, выполним расчет изменения напряжения на диоде с изменением температуры на 10C, данные расчёты представлены ниже
1)∆V1(D1) ⁄∆T1=680,519/21=32,406мВ