Файл: laby_2_semestr_fizika.pdf

201 

проводимости 

пр

i .  Ток  проводимости  осуществляется  неосновными 

носителями  заряда  для  каждой  области,  что  показано  на  рис.12.8 
пунктиром.  

При  отсутствии  внешнего  поля 

пр

диф

i

i

  и  наступает  равновесие. 

Следовательно, ток проводимости также равен 

kT

e

exp

С

i

0

пр

. 

(12.7) 

Рассмотрим включение р–n перехода во внешнюю цепь. 
Сразу следует заметить, что ток проводимости (12.7) от величины 

контактной  разности  потенциалов  не  зависит  (а  определяется  только 
концентрацией  неосновных  носителей  заряда,  которая  обычно 
незначительна) и при подключении к внешней цепи не изменяется. 

Диффузионный  ток  протекает  в  направлении,  противоположном 

контактному  полю,  и  создается  только  теми  основными  носителями 
заряда,  энергия  которых  достаточна  для  преодоления  контактной 
разности  потенциалов.  Следовательно, 

диф

i

  зависит  от  величины 

разности  потенциалов  в  контактном  поле  и  при  подключении  р–n 
перехода 

к 

внешнему 

напряжению 

диф

i

будет 

изменяться. 

Приложим 

к 

р–n 

переходу  внешнее  прямое 
напряжение  u  (рис.12.9). 
Величина 

контактной 

разности 

потенциалов 

уменьшится и станет равной 
(

0 

– u). 

При 

этом 

диффузионный 

ток 

возрастет и станет равным: 

kT

u

e

exp

kT

e

exp

C

kT

)

u

(

e

exp

C

i

0

0

диф

. (12.8) 

С учетом формулы (12.7) имеем  

kT

u

e

exp

i

i

пр

диф

. 

(12.9) 

Следовательно,  результирующий  ток  i  через  р–n  переход  при 

прямом включении запишется 

Рис. 12.9 

i

пр

i

диф

u 

n 

р 

k

Е



202 

диф

пр

пр

пр

диф

i

kT

u

e

exp

i

1

kT

u

e

exp

i

i

i

i

. 

(12.10) 

Приложим  теперь  к  р–n 

переходу 

внешнее 

напряжение  u  в  обратном 
направлении (рис.12.10).  

Так  как  внешнее  поле 

теперь 

совпадает 

по 

направлению  с  собственным 
контактным 

полем, 

то 

контактная 

разность 

потенциалов 

возрастет 

и 

станет  равной  (

0 

+ u).  При 

этом 

диффузионный 

ток 

уменьшится: 

kT

u

e

exp

i

i

пр

диф

. 

 (12.11) 

В  результате  полный  ток  i   через  р-n  переход  будет  практически 

равен току проводимости 

пр

пр

диф

пр

i

kT

u

e

exp

1

i

i

i

i

, 

(12.12) 

который является током неосновных носителей заряда и поэтому очень 
мал  (на  несколько порядков  меньше  тока  при  прямом  включении  р–n 
перехода). 

Описанные  явления  лежат  в  основе  работы  полупроводниковых 

диодов,  которые  используются  в  качестве  выпрямителей  тока,  в 
технике  СВЧ,  импульсной  технике  и  имеют  различное  устройство  и 
параметры в зависимости от своего назначения. 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 132 

Исследование параметров 

полупроводникового кристаллического диода 

Цель  работы:   снятие  вольт–амперной  характеристики  при  прямом 

и  обратном  включении  диода;  определение  сопротивления  диода  при 
прямом включении. 

Рис. 12.10 

i

пр

i

диф

u 

n 

р 

k

Е



203 

Методика измерений 

Полупроводниковые  диоды  изготавливаются  обычно  из  германия 

или  кремния  и  могут  быть  точечными  или  плоскостными  в 
зависимости от  того,  в  точке или  плоскости происходит  контакт двух 
областей с разным типом проводимости. В данной работе исследуются 
характеристики точечного германиевого диода. 

Вольт 

– 

амперная 

характеристика 

диода 

(зависимость 

тока 

от 

напряжения) 

показана 

на 

рис.12.11.  Она  состоит  из  двух 
ветвей:  при  прямом  включении 
(u > 0)  и  обратном  (u < 0).  Для 
наглядности  прямая  и  обратная 
ветви  вычерчены  в  разном 
масштабе,  поскольку  прямой  ток 
измеряется  в  миллиамперах,  а 
обратный – в микроамперах. 

Выпрямляющие 

свойства 

кристаллического 

диода 

характеризуются 

коэффициентом 

выпрямления,  равному  отношению  токов  для  прямого  и  обратного 
включения при одной и той же величине напряжения: 

i

i

    при   

const

u

(12.13) 

где i – прямой, i  – обратный токи. 
Другой  параметр  кристаллического  диода  –  величина  внутреннего 

сопротивления  R

i

  при  прямом  включении,  т.е.  в  направлении 

пропускания тока: 

i

u

R

i

. 

(12.14) 

Величина  R

i

  может  быть  определена  методом  графического 

дифференцирования 

по 

вольт–амперной 

характеристике 

(см. 

рис.12.11). 

Экспериментальная установка 

Для  исследования  характеристик  полупроводникового  диода 

предназначена  экспериментальная  установка,  общий  вид  которой 
приведен на рис.12.12. 

i (мкА) 

i(мА) 

Рис. 12.11 

u

u 

i 

u(В) 

0 

204 

Напряжение  на  германиевом  диоде  3  изменяют  с  помощью 

переменного  сопротивления  6.  Значения  прямого  тока  определяют  по 
миллиамперметру  1,  поставив  переключатель  4  в  соответствующее 
положение. Значения обратного тока определяют по микроамперметру 
2, предварительно изменив положение переключателя 4. 

 Вольтметр  5  имеет  различные  пределы  измерения:  u

max

  =  3 В  при 

прямом включении и u

max

 = 15 В при обратном. Вся шкала вольтметра 

соответствует    N  =  75  делениям.  Цена  1  деления  вольтметра  при 
прямом включении: 

B

04

,

0

75

3

N

u

u

max

0

, 

а при обратном: 

(12.15) 

B

2

,

0

75

15

u

0

Порядок выполнения работы 

1. Подключить  установку  к  сети  12  В.  Включить  установку 

тумблером. 

2. Снять  вольт–амперную  характеристику  диода  в  прямом 

направлении.  Для  этого  поставить  переключатель  4  (рис.12.12)  в 
нужное  положение  и  с  помощью  регулируемого  сопротивления  6 
увеличивать  напряжение  u  от  0  до  2 В  через  0,2  В.  При  этом 

Рис. 12.12 

A 

mA 

3 

R 

обратный

прямой

вкл.

12В

обратн. ток

прямой ток

V 

6 

5 

4 

2 

1 

205 

необходимо  учесть  цену  деления  вольтметра  5  согласно  формуле 
(12.15). 

Для 

каждого 

значения 

напряжения 

измерить 

по 

миллиамперметру  1  величину  прямого  тока  i.  Результаты  измерений 
занести в табл.12.1. 

Таблица 12.1 

Прямое 

напряжение 

u    В 

Прямой 

ток 

i    мА 

Обратное 

напряжение 

u     В 

Обратный 

ток 

i    мкА 

0,2 

1 

0,4 

2 

0,6 

3 

0,8 

4 

1,0 

5 

1,2 

6 

1,4 

7 

1,6 

8 

1,8 

9 

2,0 

10 

3. Снять  вольт–амперную  характеристику  диода  при  обратном 

включении.  Для  этого  установить  переключатель  4  в  положение 
―обратный‖ и с помощью регулируемого сопротивления 6 увеличивать 
напряжение на диоде от 0 до 10 В через 1 В (цена деления вольтметра 
при  обратном  включении  изменяется,  см  формулу  (12.15)).  Для 
каждого  значения  напряжения  фиксировать  обратный  ток  i   по 
микроамперметру 2. Записать измерения в табл.12.1. 

4. Отключить установку от сети. 
5. Построить  вольт–амперную  характеристику  диода  в  разном 

масштабе для прямого и обратного тока, чтобы ее вид соответствовал 
рис.12.11. 

6. По  формуле  (12.13)  найти  коэффициент  выпрямления 

,  взяв 

значения прямого i и обратного i  токов при величине напряжения  u = 
1 В. 

7. По вольт–амперной характеристике диода определить внутреннее 

сопротивление  диода  R

i

  (12.14)  при  различных  значениях  прямого 

напряжения.  Для  этого  разбить  ось  напряжений  на  5 - 7  одинаковых 
интервалов 

u  (см.  рис.12.11),  для  каждого  интервала  найти 

соответствующие приращения тока  i, и по формуле (12.14) рассчитать 
значение  R

i

.  Это  значение  R

i

  соответствует  среднему  значению 

напряжения  u  в интервале. Полученные данные записать в табл.12.2.