Порядок выполнения.

1. Перед включением установки в сеть проверить целостность всех соединительных сигнальных и сетевых проводов. Все работы по подключению комплекса к компьютеру следует выполнять только при отключенных от сети приборах. Разобраться с принципиальными блок-схемами опытов, в назначении кнопок, переключателей и ручек прибора. На данном шаге НЕ подключайте прибор к USB порту ПК.

2. Соединить монитор с системным блоком ПЭВМ, подключить клавиатуру и мышь к системному блоку используя стандартные провода для подключения. Подключить системный блок ПЭВМ и монитор к сети ~220 В.

3. Загрузить операционную систему согласно стандартным процедурам загрузки.

4. При необходимости, настроить компьютер для работы с учебной установкой согласно прилагаемому руководству к среде LabVisual.

5. Запустить программу LabVisual для работы с учебной установкой для данного эксперимента пользуясь ярлыком на рабочем столе либо другим способом, указанным лаборантом.

Проведение эксперимента.

6. Перед началом работы ознакомится с принципиальной схемой учебной установки рис. 7, разобраться в назначении кнопок и измерительного прибора. Проверить целостность сетевого провода

7. Включить установку в сеть ~220 В с помощью прилагаемого силового сетевого кабеля евро-стандарта. Поставить переключатель «СЕТЬ» на панели учебного модуля в положение «ВКЛ», при этом должен загореться сигнальный индикатор «СЕТЬ».

8. Дождаться появления системного сообщения на ЖКД LCD дисплее прибора, о дальнейшем порядке действий:

1.Connect usb

2.Press button

После появления данного сообщения на ЖКД LCD дисплее учебного прибора, можно подключить прибор к USB – порту ПК, используя стандартный USB провод из комплекта, и однократно нажать многофункциональную кнопку «START USB/ОБРАЗЕЦ» (кнопка используется для конфигурации устройства сразу после включения). В противном случае, возможна некорректная работа USB протокола и устройства (иногда инициализация USB выполняется и без нажатия кнопки). Для надежного срабатывания кнопку необходимо удерживать нажатой в течение ~ 1 секунды.

6. Дать установке прогреться в течение трех минут.

7. Приступить к снятию ВАХ стабилитрона (образец 1). Для этого в программе управления LabVisual 2.5 включить виртуальный мультиметр, поставив переключатель в положение «ON, mV».

8. Изменяя ручкой плавной регулировки «УСТАНОВКА Uстабилит.» обратное напряжение, подаваемое на стабилитрон, и, контролируя это значение и значение тока, измеряемые цифровым индикатором, показания которого индуцируются в Вольтах и mA, снять вольт-амперную характеристику для первого образца. Шаг изменения напряжения по возможности делать как можно меньше. Особое внимание обращать на фиксацию результатов в области лавинного пробоя (см. рис. 4). Данные занести в табл. 1. В окне программы управления учебной установкой LabVisual можно поставить галочку «ПОКАЗАТЬ ГРАФИК». При этом, нажимая кнопку «СКОПИРОВАТЬ ДАННЫЕ», результаты измерений в данной точке ВАХ будут скопированы в текстовое поле и одновременно отображены на графике.

9. Сохранить результаты измерения вольтамперной характеристики первого образца в файл на жестком диске ПЭВМ для последующей обработки.

10. При работе в среде автоматизированного лабораторного практикума LabVisual, загрузить сохраненный ранее набор данных в компонент для визуализации и анализа данных, вызвать который следует, нажав кнопку «ВИЗУАЛИЗИРОВАТЬ ДАННЫЕ» в окне управления оболочки LabVisual. При этом должен запуститься компонент, внешний вид которого приведен на рис. 10.

11. Загрузить сохраненный файл с результатами измерений ВАХ в компонент, для чего следует нажать кнопку «ЗАГРУЗИТЬ» в компоненте и выбрать файл с данными рис. 13.

6. После загрузки данных нажать кнопку «ОТОБРАЗИТЬ» для визуализации ВАХ в рабочей области компонента.

7. Подводя указатель мыши к необходимой области данных, определить значения тока и напряжения в экстремальной области ВАХ – области лавинного пробоя (координаты текущего положения курсора, соответствующие напряжению и току через образец, отображаются в правой области экрана, выделенной красным цветом на рис. 13).

8. Из вольтамперной характеристики определить напряжение пробоя (напряжение стабилизации рис. 4).

9. Переключить схему для исследования ВАХ второго образца, для чего нажать и удерживать в течение одной секунды кнопку «START USB/ОБРАЗЕЦ»

10. Повторить действия п.10-17 для образца №2, так же занести данные в табл. 1

табл. 1 вольтамперная характеристика стабилитрона

U, В	…	…	…	…	…	…	…	…	…	…	…
I, A	…	…	…	…	…	…	…	…	…	…	…

Образец № __

6. На практике зависимость напряжения лавинного пробоя p-n перехода от концентрации примеси определяют по эмпирическим формулам. Так для исследуемого нами резкого несимметричного перехода (N_А>>N_Д, , т. е. эмиттером являетсяp область) при комнатной температуре T=300 К имеем:

(2.1)

где - напряжение лавинного пробоя в вольтах;E_g- ширина запрещенной зоны образца полупроводника в эВ (в нашем случае оба изучаемых стабилитрона кремниевые, поэтому для кремния эВ),N_Б≈N_Д – концентрация примеси в слабо легированной области диода [см^-3]. Путем несложных математических преобразований из формулы (2.1) можно выразить концентрацию примесей N_Б через измеренное значение напряжения лавинного пробоя:

[см^-3] (2.2)

E_g- в эВ; - напряжение лавинного пробоя в вольтах;

21. Используя формулу (2.2), вычислить значение концентрации примеси для двух исследуемых образцов.

22. Пренебрегая в формуле (1.8) контактной разностью потенциалов U_к и считая по-прежнему N_А>>N_Д, получим формулу для оценки толщины электронно-дырочного перехода в области лавинного пробоя:

(2.3)

где - диэлектрическая проницаемость материала образца (кремния),- напряжение лавинного пробоя, В;Ф/м – электрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума);q=e=1,6∙10^-19 Кл – модуль заряда электрона, N_Д – концентрация примеси, найденная экспериментально из формулы (2.2) в м^-3 (перевести см^-3 в м^-3).

21. Оценить дифференциальное сопротивление стабилитронов на рабочем участке как (см. участок «аб» ВАХ на рис.4).

22. По окончании работы следует закрыть программу-оболочку LabVisual и все открытые подпрограммы, закрыть виртуальную среду VirtualBox (при работе в среде Linux).

23. Выключить компьютер, нажав на кнопку, находящуюся в крайнем нижнем левом углу экрана. Из доступных действий выбрать «ВЫХОД»--> «ВЫКЛЮЧИТЬ КОМПЬЮТЕР».

24. Отключить установку от сети, поставив переключатели «СЕТЬ» на панели установки в положение «выкл» и вынуть сетевые вилки из розеток.