Исследование работы полупроводникового диода и стабилитрона, сравнение их характеристик

Исследование работы полупроводникового диода и стабилитрона, сравнение их характеристик

Лабораторно-практическая работа

Исследование работы полупроводникового диода и стабилитрона, сравнение их характеристик

Введение

Цель работы:

.        Закрепить навыки сборки простейших электрических цепей.

.        Закрепить навыки использования электроизмерительных приборов.

.        Закрепить теоретические сведения о методах анализа электрических цепей с полупроводниковыми приборами.

.        Изучить закономерности протекания тока в p - n переходе.

.        Исследовать вольтамперную характеристику диода и стабилитрона.

.        По экспериментальным зависимостям сделать количественную оценку параметров токовых характеристик p - n переходов.

Содержание отчета:

–     название лабораторно-практической работы;

–     электрические схемы;

–     заполненные таблицы;

–     все расчеты к таблицам и дополнительные расчеты;

–     основные выводы;

Правила оформления:

Лабораторная работа выполняется на компьютере с применением виртуальной лаборатории Electronics WorkBench (EWB).

Расчет может выполняться от руки или на компьютере.

Использовать MS WORD и MS Excel.

Требуемое оборудование:

Продолжительность работы: 2 часа

Лабораторная работа проводится в виртуальной среде EWB.

1. Основные теоретические положения

Полупроводниковый диод представляет собой двухэлектродный прибор на основе электронно-дырочного перехода в кристалле полупроводника (рис. 1) и предназначен для преобразования переменного тока в пульсирующий ток одной полярности.

Рис. 1. Структурная схема диода.

Если к диоду приложить напряжение в прямом направлении, когда положительный полюс источника энергии соединен с р-областью (анодом), а отрицательный - с n-областью (катодом), то потенциальный барьер p-n-перехода понижается и через диод протекает большой прямой ток даже при невысоком приложенном напряжении. При смене полярности приложенного к диоду напряжения потенциальный барьер повышается, и через диод протекает очень малый ток неосновных носителей заряда (обратный ток) даже при высоких значениях обратного напряжения.

Вольтамперная характеристика диода вследствие этого является резко несимметричной, и ее типичный вид представлен на рис. 2.

Рис. 2. Вольтамперная характеристика диода

Нелинейным элементом электрической цепи называют элемент, сопротивление которого зависит от величины тока, проходящего через него. Нелинейной электрической цепью называют такую цепь, в состав которой входит хотя бы один нелинейный элемент.

При анализе нелинейных цепей электрические свойства нелинейных и линейных элементов представляют в виде ампер-вольт характеристик (авх), которые отображают зависимость тока от напряжения, т.е. I=f(U).

АВХ могут быть получены из зависимости R=f(I), если воспользоваться законом Ома. Так для характеристики, изображенной на рис.а, АВХ будет иметь вид прямой линии, определяемой выражением: I = (1/R)*U, а для характеристики, изображенной на рис.в, АВХ будет иметь вид кривой, выражение которой определяется следующим образом:

I= (1/R)*U = (1/(I*k))*U; I² = U/k; I = √U/k;

АВХ линейных элементов имеют вид прямых линий, а нелинейных элементов - некоторых кривых линий (рис. **.).

Полупроводниковый стабилитрон - это диод <#"668760.files/image005.gif">

Вольт-амперные характеристики диода Д237А

Вольт-амперные характеристики стабилитрона Д811

По начальному участку обратной ветви вольт-амперной характеристики полупроводникового диода определяем ток насыщения диода.

Iнас = 36.6 мкА.

По обратной ветви вольт-амперной характеристики стабилитрона определяем напряжение пробоя (напряжение стабилизации).

Unp = 12 В.

Материал, из которого изготовлен стабилитрон - это кремний, следовательно

Ед=1,12 эв. Тип p-n перехода - резкий несимметричный, поэтому применяем формулу:

Вывод

стабилитрон диод полупроводник

В процессе лабораторной работы были изучены закономерности протекания тока в p-n переходе. Были построены вольтамперные характеристики p-n перехода, определен ток насыщения диода и напряжение пробоя (напряжение стабилизации). Была рассчитана концентрация основных носителей в базе диода. Из вольтамперной характеристики диода наблюдаем, что при малом падении напряжения на диоде через него протекает значительный ток, то есть сопротивление диода в прямом направлении мало, а в обратном направлении ток через диод во много раз меньше, то есть его сопротивление в обратном направлении велико, что характеризует диод как полупроводниковый прибор, обладающий односторонней проводимостью.

Из вольтамперной характеристики стабилитрона видим, что при обратной проводимости стабилитрона ток через p-n переход в начале характеристики обратной проводимости возрастает мало, а затем, при достижении напряжения близком к напряжению стабилизации резко возрастает, эта особенность стабилитрона используется при стабилизации напряжения на нагрузке.