фоэ,1ч

нике. В этом случае электроны переходят из n-полупроводника в металл. Приконтактный слой металла заряжается отрицательно, а приконтактный слой n- полупроводника – положительно (ионы доноров), т.е. в месте контакта возникает поле, препятствующее дальнейшему переходу электронов из полупроводника в металл. Контактная разность потенциалов Uк составляет 0,1–0,2 В, т.е. такой контакт обладает выпрямительными свойствами, но отличается от кремниевого p-n перехода меньшим падением напряжения (Uпр в диодах Шоттки составляет 0,2–0,3 В) и более высоким быстродействием, т.к. ток образуется движением только электронов, а подвижность электронов выше, чем подвижность дырок. Вместе с тем диоды Шоттки отличаются небольшими значениями максимально допустимого обратного напряжения Uобр. max, обычно не более 100 В. Диоды Шоттки широко применяются в различных полупроводниковых устройствах и в составе интегральных микросхем.

1.8. Основные параметры диодов

К основным параметрам диодов относятся:

Uпр – постоянное прямое напряжение диода при заданном прямом токе

Iпр;

Iобр – постоянный обратный ток диода, протекающий через диод в обратном включении, при заданном обратном напряжении Uобр;

fmах – максимальная рабочая частота подводимого напряжения, при которой обеспечивается надежная работа диода.

Предельный режим работы прибора характеризуют максимально допустимые параметры диодов, значения которых приводятся в справочниках и не должны превышаться при любых условиях эксплуатации. К ним относятся:

Uобр. max – максимально допустимое постоянное обратное напряжение диода. Превышение его ведет к пробою р-п перехода и выходу диода из строя;

Iпр. max – максимально допустимый постоянный прямой ток диода; Iпр. им. max – максимально допустимый импульсный прямой ток диода.

Iпр. max и Iпр. им. max определяются условиями нагрева прибора. При кратковременном импульсном воздействии значение тока Iпр. им. max может быть намного больше постоянного Iпр. max. Кроме основных параметров различные типы диодов характеризуются специальными параметрами.

1.9.Порядок выполнения работы

Для выполнения лабораторной работы используются базовый блок, лабораторный макет, 6 проводников, кремниевый диод (КД103 или др.) и диод Шоттки 1N5817.

10

Паспортные данные исследуемых диодов:

Электрические параметры	КД103	1N5817
Постоянное прямое напряжение не более, В	1	0,45-0,6
Постоянный обратный ток не более, мкА	1	500
Максимальный выпрямленный ток, мА	100	1000
Предельно допустимое обратное напряжение, В	50	20

1.9.1. Снятиепрямыхветвейвольтамперных характеристик(ВАХ) диодов

а) соберите схему, рис. 1.5, для этого на лабораторном макете к гнездам 1 и 2 подключите источник тока ИТ, к гнездам 3 и 4 подключите миллиамперметр мА1, к гнездам 5 и 6 подключите вольтметр В1, к гнездам 7 и 8 подключите диод КД103;

б) на приборе 1 базового блока нажмите клавиши «U=», «2 В», и

мА1 «20»;

Рис. 1.5

в) изменяя ток от 0 до 10 мА вращением ручек источника тока «Грубо» и «Точно» плавно вправо до упора, снимите показания вольтметра 1 и миллиамперметра 1. Результаты занесите в таблицу 1.1;

г) подключите к гнездам 7 и 8 диод Шоттки и повторите и пункт в).

Таблица 1.1

Диод	Измеряемый			Показания приборов
	параметр
КД103	Uпр, В
	Iпр, мА
1N5817	Uпр, В
	Iпр, мА

1.9.2. Снятие обратных ветвей ВАХ диодов

а) соберите схему, рис. 1.6: на лабораторном макете к гнездам 13 и 14 подключите источник напряжения ИН2, к гнездам 9 и 10 подключите милли-

11

амперметр мА2, к гнездам 11 и 12 подключите вольтметр В2, к гнездам 7 и 8 подключите диод;

Рис. 1.6

б) наприборе2 базовогоблоканажмитеклавиши«U=», «20 В», имА2 «2»; в) изменяя напряжение от 0…20 В вращением ручек источника напряжения 2 «Грубо» и «Точно» плавно вправо, снимите показания вольтметра 2

и миллиамперметра 2. Результаты занесите в таблицу 1.2; г) подключите к гнездам 7 и 8 другой диод и повторите и пункт в).

Таблица 1.2.

Диод	Измеряемый			Показания приборов
	параметр
КД103	Uобр, В
	Iобр, мА
1N5817	Uобр, В
	Iобр, мА

1.10. Выполнение работы с использованием программы моделирования электронных устройств “Electronics Workbench”.

1.10.1. Соберите схему для измерения прямой ветви вольтамперных характеристик диодов, приведенную на рис. 1.7. Для исследования выберите кремниевый диод по указанию преподавателя.

Рис. 1.7

1.10.2. Установите режим работы вольтметра на измерение постоянного напряжения (DC). Изменяя выходной ток генератора тока от 0,5…20 мА,

12

занесите в таблицу результаты измерений напряжения на диоде для соответствующих значений тока.

Таблица 1.3

Диод	I, мА	0.5	1	2	3	5	10	15	20
Кремниевый	Uпр, В
Шоттки	Uпр, В

1.10.3. Измените тип диода на диод Шоттки по указанию преподавателя и повторите измерения в соответствии с п. 1.10.2.

Примечание. Обратная ветвь ВАХ диодов в программе “Electronics Workbench” не моделируется, поэтому изучить ее не представляется возможным.

1.11. Содержание отчета

В отчете приведите паспортные данные исследуемых диодов, таблицы измерений, постройте две вольтамперные характеристики для разных диодов, совмещенные в одних осях, рассчитайте статические и дифференциальные сопротивления диодов на прямой и обратной ветвях, выводы.

Статическое сопротивление находится как отношение проекций точки, выбранной на линейном участке ВАХ диода

Ro = Uo ,

Io

а дифференциальное сопротивление находится как отношение приращений вблизи точки, выбранной на линейном участке ВАХ диода

Ri = UI .

Прямые сопротивления рассчитайте при значениях токов приблизительно 3 и 9 мА.

В выводах отразите ход ВАХ диодов, объясните их нелинейность, объясните различия ВАХ исследуемых диодов, приведите сравнение полученных параметров с паспортными данными.

При написании выводов к лабораторной работе не следует автоматически переписывать конспекты и учебники, а самостоятельно проанализируйте полученные результаты в соответствии с методикой проведения исследований и с теорией.

13

Контрольные вопросы

1.Что такое собственный и примесный полупроводники?

2.Как образуется контактная разность потенциалов?

3.Что такое запирающий слой?

4.Какие процессы происходят при прямом и обратном включении p-n перехода?

5.Что такое диод Шоттки? Поясните особенности его ВАХ.

6.Приведите основные параметры диодов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛИТРОНОВ

Цель работы: определение параметров стабилитронов КС147А и Д814Б по рабочим ветвям вольтамперных характеристик (ВАХ).

Краткие теоретические сведения

2.1.Стабилитроны

Ранее было показано, что включенный в обратном направлении диод практически не пропускает ток. При дальнейшем увеличении обратного напряжения ширина запирающего слоя увеличивается, скорость электронов в запирающем слое возрастает и происходит лавинное размножение подвижных носителей зарядов за счет ударной ионизации, и диод начинает пропускать ток. Это явление называется пробоем. В большинстве типов диодов пробой недопустим. Однако существуют специально разработанные типы диодов, в которых в режиме пробоя напряжение на диоде будет оставаться практически неизменным, как показано пунктиром на рис. 1.3. Данное свойство диода, включенного в обратном направлении, – поддерживать неизменным напряжение в области электрического пробоя – используют для стабилизации напряжения, а такие диоды называют стабилитронами.

Стабилитроны изготавливают из кремния. Германиевые диоды для стабилизации напряжения непригодны, т.к. у них обратимый электрический пробой легко переходит в необратимый тепловой, приводящий к выходу диода из строя.

Схема включения стабилитрона приведена на рис 2.1. Резистор Rогр задает величину тока через стабилитрон, обеспечивая режим стабилизации напряжения.

14

Рис. 2.1

К основным параметрам стабилитронов относятся: напряжение стабилизации Uст, минимальный и максимальный токи стабилизации Iст. min и Iст max, дифференциальное сопротивление rд и температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКС). От параметра ТКС существенно зависит стоимость стабилитрона. Выпускаются обычные стабилитроны с различными

напряжениями	стабилизации, например, КС 133А, КС 147А,	КС 447А,
КС 456 и др.	с напряжениями стабилизации соответственно 3,3,	4,7, 4,7,

5,6 В; двухсторонние (двуханодные) КС162А, КС175А, КС210Б; прецизионные – КС 191А (Б, С, У, Ф) и др.

2.2. Порядок выполнения работы

Для выполнения лабораторной работы используются базовый блок, лабораторный макет, 6 проводников, стабилитроны КС147А и Д814Б.

Паспортные данные исследуемых приборов:

Электрические параметры	КС147А	Д814Б
Напряжение стабилизации, В	4,1 …5,2	8 – 9,5
Минимальный ток стабилизации, мА	3	3
Максимальный ток стабилизации, мА	58	36
Дифференциальное сопротивление не более, Ом	56	10

2.2.1. Снятие рабочей ветви стабилитрона КС147А

а) к гнездам 19 и 20 подключите стабилитрон КС147А в обратном направлении;

б) на приборе 1 базового блока нажмите клавиши: U=», «20 В», и

мА1 «20»;

в) вращая ручки источника тока «Грубо» и «Точно» плавно вправо до упора, снимите показания вольтметра 1 и миллиамперметра 1. Результаты занесите в таблицу 2.2;

г) к гнездам 19 и 20 подключите стабилитрон Д814Б и повторите п.в).

15

Таблица 2.2

Измеряемые параметры Показания приборов

Uобр, В

Iобр, мА

2.3. Выполнение работы с использованием программы моделирования электронных устройств “Electronics Workbench”.

2.3.1. Соберите схему для измерения рабочей (обратной) ветви вольтамперных характеристик стабилитронов, приведенную на рис. 2.2. Для исследования выберите два стабилитрона по указанию преподавателя.

Рис. 2.2

2.3.2. Установите режим работы вольтметра на измерение постоянного напряжения (DC). Изменяя выходной ток генератора тока от 0,5…20 мА, занесите в таблицу результаты измерений напряжения на стабилитроне для соответствующих значений тока.

Таблица 2.3

	I, мА	0.5	1	2	3	5	10	15	20
Стабилитрон 1	Uобр, В
Стабилитрон 2	Uобр, В

2.4. Содержание отчета

В отчете приведите паспортные данные стабилитронов, схемы включения, таблицы с результатами измерений; постройте по полученным данным рабочие ветви характеристик стабилитронов в отдельных осях, рассчитайте дифференциальные сопротивления стабилитронов и сравните их с паспортными.

16

Контрольные вопросы

1.Какой участок ВАХ является рабочим для стабилитрона?

2.Изобразите схему включения стабилитрона и поясните его работу.

3.Приведите основные параметры стабилитронов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ В СХЕМЕ ВКЛЮЧЕНИЯ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ (ОЭ)

Цель работы: изучение статических вольтамперных характеристик и определение параметров биполярного транзистора в схеме включения с общим эмиттером (ОЭ).

Краткие теоретические сведения

3.1.Структура и принцип работы биполярного транзистора

Биполярный транзистор – это электропреобразовательный полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления мощности электрических сигналов.

Биполярный транзистор состоит из двух p-n переходов и трех областей, чередующихся по типу проводимости. В зависимости от того, какая область является средней, различают биполярные транзисторы двух структур: n-p-n и p-n-p. Устройство и условные обозначения биполярных транзисторов на принципиальных электрических схемах приведены на рис. 3.1.

Среднюю область транзистора называют базой, крайние – эмиттером и коллектором. Области эмиттера, коллектора и базы имеют выводы, с помощью которых транзистор включается в электрическую цепь.

Контакт, образованный примесными областями эмиттера и базы, называют эмиттерным переходом (ЭП), а контакт, образованный примесными областями коллектора и базы – коллекторным переходом (КП), (рис. 3.1).

Области транзистора имеют разную концентрацию примеси. Максимальная концентрация примеси делается в эмиттере, а концентрация примеси в базе очень мала (на несколько порядков меньше, чем в эмиттере). Концентрация примеси в коллекторе может быть различной, но обычно область коллектора легирована примесью слабее эмиттера.

17

Э Б К

n p n

ЭПКП

Э Б К

p n p

ЭПКП

К	К
Б	Б
Э	Э
а)	б)

Рис. 3.1

На рисунке 3.2 схематически изображено поперечное сечение биполярного транзистора, площадь коллекторного перехода КП обычно больше площади эмиттерного перехода ЭП.

	Б
	p
Э n	n К

эп кп

Рис. 3.2

Принцип работы транзистора, например, структуры n-p-n, рассмотрим на примере активного (усилительного) режима работы, когда на эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный – обратное.

Под действием прямого напряжения Uэб потенциальный барьер в эмиттерном переходе понижается, в то время как под действием обратного напряжения Uкб потенциальный барьер в коллекторном переходе увеличивается. Увеличивается также запирающий слой коллекторного перехода. Поскольку концентрация примесей в базе очень мала, то запирающий слой коллекторного перехода расположен, в основном, в области базы, (рис. 3.3). С понижением потенциального барьера в эмиттерном переходе начинается диффузионное движение основных носителей (электронов в n-p-n транзисторе) из эмиттера в базу. Поскольку ширина базовой области выполняется очень малой (Wб ≈ 1мкм), меньше длины свободного пробега электронов (5 – 10 мкм), то лишь незначительная часть электронов, поступающих из эмиттера в базу, рекомбинирует с дырками базы (всего 1% – 5%). Подавляющее

18

большинство электронов, поставленных эмиттером в базу, доходят до коллекторного перехода. Электроны в базе (p-области) являются неосновными носителями. Известно, что поле обратно смещенного перехода для неосновных носителей является ускоряющим, поэтому электроны, дошедшие до коллекторного перехода, ˝втягиваются˝ в коллектор, создавая ток в коллекторной цепи. Величина коллекторного тока составляет 95% – 99% эмиттерного тока.

				Запирающий слой
	эп	кп
Э	n	p	n	К
Iэ	Iб			Iк	R
-	+	Б -		+
	Uэб		Uкб

Рис. 3.3

Из-за частичной рекомбинации электронов и дырок в базе нейтральность базы нарушается. Для ее восстановления от источника Uэб в базу поступает необходимое количество дырок, движение которых создает базовый ток. Из вышеизложенного следует соотношение между токами в транзисторе

Iэ = Iк + Iб,

причем, Iб << Iк. Ток базы создается только теми носителями, которые рекомбинировали в базе и не дошли до коллекторного перехода.

Отношение выходного (коллекторного) тока ко входному (эмиттерному) называется коэффициентом передачи по току в схеме с общей базой и

обозначается как α или h21Б

α=h	=	Iк	.	(3.1)
21Б		Iэ

Для большинства выпускаемых промышленностью транзисторов

α = 0,9 – 0,99.

19