МИНОБРНАУКИ РОССИИСанкт-Петербургский государственныйэлектротехнический университет«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)Кафедра МИТотчетпо лабораторной работе № 1по дисциплине ОЭиРМТема: Статические характеристики полупроводниковых диодов.Влияние температуры на вольт-амперные характеристики диодов.

Выполнил отчет студента гр. 2288
Преподаватель доцент кафедры МИТ

Санкт-Петербург2022Цель работы: Исследование вольтамперных характеристик диодов; исследование влияния температуры на сопротивление диодов.Основные теоретические сведенияПолупроводниковыйдиодпредставляетсобойприбор,основанныйна свойствах p−n-перехода. В собственном полупроводнике свободные электроны и дырки образуются попарно и число электронов равно числу дырок. При введениивполупроводникдонорныхпримесейэлектронатомапримеси,не участвующийвмежатомныхсвязях,легкопереходитвзонупроводимости полупроводниковогоматериала.Приэтомвкристаллическойрешеткеостаетсянеподвижныйположительнозаряженныйионпримеси,аэлектрондобавляетсяксвободнымэлектронамсобственнойпроводимости.Вэтомслучаеконцентрациясвободныхэлектроноввполупроводникепревышаетконцентрациюдыроквнем.Такойполупроводникназываютполупроводником n-типа. При введении в полупроводник акцепторных примесей атомы примеси в процессе формирования межатомных связей отбирают электрон у одногоизатомовполупроводникового

---

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 некомпенсированный положительный заряд примесных ионов, а в p-слое – некомпенсированный 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. На рис. 1.1 представлено схематическое изображение структуры p−n-перехода (а) и его вольт-амперная характеристика (б).

Обратный ток перехода I₀ для кремниевых p−n-переходов составляет обычно доли или единицы миллиампер, для германиевых − микроампер.


Выражение для прямого тока I через переход представляют в виде

,

где V − прямое напряжение на переходе; φ0 ≈ 25 мВ – температурный потенциал при 20ºС. Если обратное напряжение, приложенное к p−n-переходу, превосходит некоторое предельное значение, то возникает пробой перехода.

---

Обработка результатов Построение и анализ прямой ветви вольтамперных характеристик диодов.Рисунок 1. Схема, исследуемая в лабораторной работеДиоды 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.ВАХ диодов строятся в режиме анализа схемы по постоянному току. Рисунок 2. Параметры графиковРисунок 3. Графики ВАХ диодов. D1 – Кремниевый диод (синий график); D2 – Германиевый диод (красный график); D3 – Диод Шотки (зеленый график.)Для трех типов диодов запишем значения напряжения при токах 1мА и 4 мА, определим сопротивления p-n переходов в точках измерения.Сопротивление будем искать с помощью закона Ома: Для I=1мАR(D1)= ОмR(D2) = 238,193 ОмR(D3) = 144,422 ОмДля I=4мАR(D1)= ОмR(D2) = 238,193 ОмR(D3) = 144,422 ОмРезультаты расчетов сведем в таблицу

Тип диода	U, мВ	I, мА	R, Ом	U, мВ	I, мА	R, Ом
D1	598,2	1	598,2	668,72	4	167,18
D2	238,193	1	238,193	273,101	4	68,27525
D3	144,422	1	144,422	183,436	4	45,859

---

Таблица 1. Результаты расчетов сопротивленияРисунок 4. График для кремниевого диодаРисунок 5. График для германиевого диодаРисунок 6. График для диода ШоткиОпределим зависимость ВАХ диодов от температурыМаксимальная температура Тmax = 130 (°С) Минимальная температура Тmin = 30 (°С) Шаг изменения температуры ∆Т = 50 (°С)Рисунок 7. Параметры графиковРисунок 8. Графики семейства ВАХ для различных значений температуры. D1 – синий график; D2 – красный график; D3 – зеленый график.

Температура	I = 1мА			I = 4мА
	U(D1)	U(D2)	U(D3)	U(D1)	U(D2)	U(D3)
130	390,646	109,453	6,92	486,245	155,646	21,571
80	491,747	170,579	47,895	575,653	212,573	86,67
30	591,472	233,274	137,946	663,686	269,501	178,1

Таблица 2. Измеренные значения напряжения на диодах от температуры и силы токаС помощью полученных графиков при заданном токе (I1=4мА и I2=15мА) рассчитаем изменение напряжения на диоде с изменением температуры: ∆V⁄∆T при I = const.Для I=1мА и изменении температуры от 30°C до 80°CДля D1: мВ/°CДля D2: мВ/°CДля D3:

---

мВ/°C
Для I=1мА и изменении температуры от 80°C до 130°C
Для D1: мВ/°C

Для D2: мВ/°C

Для D3: мВ/°C
Для I=4мА и изменении температуры от 30°C до 80°C
Для D1: мВ/°C

Для D2: мВ/°C

Для D3: мВ/°C
Для I=4мА и изменении температуры от 80°C до 130°C
Для D1: мВ/°C

Для D2: мВ/°C

Для D3: мВ/°C

Температура	I = 1мА			I = 4мА
	D1	D2	D3		D1	D2	D3
T(30-80) °С	1,9945	1,2539	1,80102		1,76066	1,13856	1,8286
T(80-130) °С	2,02202	1,22252	0,8195		1,78816	1,13854	1,30198

Таблица 3. Изменение напряжения на диодах в зависимости от изменения температуры.Задание: в схеме определить необходимое напряжение источника V1 для обеспечения в цепи, состоящей из элементов R1 и D1, токов I1=1 мА и I2= 4 мА, используя совместные ВАХ диода и резистора.Воспользуемся значениями сопротивления и напряжения из Таблицы 1 для диода D1 при токах I1=1 мА и I2=4 мА: U(D1)= 598,2 мВ при I1=1 мА; U(D1)= 668,72 мВ при I2=4 мА. Рассчитаем падение напряжения на резисторе:U(R1) =IRU(R1) = I₁R₁ = 1*10^-3*2*10³= 2 В при I₁=1 мАU(R1) = I₂R₂ = 4*10^-3*2*10³= 8 В при I₂=4 мАОпределим напряжение, создающее заданный ток в цепи: U(n) = U(D1) + U(R1), n=1,2.U₁(1)= 598,2*10^-3+2=2,5982 В при I₁

---

Смотрите также файлы

• Календарнотематическое планирование по английскому языку для 7 класса основного общего образования (фгос, базовый уровень) Учитель английского языка.docx

• Порядок обжалования действий должностных лиц таможенных органов.docx

• Учебное пособие Рыбинск 2007 удк 681. 5 Павлов Р. В. Основы теории управления. Учебное пособиергата. Рыбинск, 2007. 83 с.doc

• Актуальность исследования анализируя и обобщая научнометодическую литературу и педагогический опыт практики, были выявлены противоречия.ppt

• Распределительные устройства Распределительные устройства.docx