Электроника / лабы pdf / лаб1

Лабораторная работа №1

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

Цель лабораторной работы:

1.Исследование напряжения и тока диода при прямом и обратном смещении р-п

перехода.

2.Построение и исследование вольтамперной характеристики (ВАХ) для полупроводникового диода.

3.Исследование сопротивления диода при прямом и обратном смещении по вольтамперной характеристике.

4.Анализ сопротивления диода (прямое и обратное смещение) на переменном и постоянном токе.

5.Измерение напряжения изгиба вольтамперной характеристики.

Приборы и элементы:

№	Название	Изображение
1		XFG1
	Функциональный генератор
2		XMM1
	Мультиметр

		XSC1
3	Осциллограф	G
		T
	A
		B
4		V1
	Источник постоянного напряжения	10V

5	Диод 1N4001	D1
	1N4001GP

6							R1
	Резисторы
					100ohm
7	Амперметр, вольтметр		+		-												+		-
				00.000	A													00.000	V
9	Заземление

1. Методические указания

Измерение прямого тока полупроводникового диода производится по схеме рис.1,

подключив к диоду через резистор источник постоянного напряжения. Ток диода при этом можно вычислять из выражения:

Iпр = (E − U пр ) R ,

(1)

где Iпр - ток диода в прямом направлении, Е - напряжение источника питания, Unp -

напряжение на диоде в прямом направлении, R – сопротивление (100 Ом).

Изменив полярность включения диода в той же схеме рис.1, можно получить ток диода по той же методике и в обратном направлении:

Iоб = (E − U об ) R ,

(2)

где Iоб - ток диода в обратном направлении, Uобнапряжение на диоде в обратном направлении, R – сопротивление (100 Ом).

Вольтамперная характеристика (ВАХ) может быть получена путем измерения напряжений на диоде при протекании различных токов за счет изменения напряжения источника питания V1. В схеме (рис. 3) измерение токов и напряжений производится с помощью амперметра и вольтметра соответственно. Можно так же исследовать ВАХ,

непосредственно наблюдая ее на экране осциллографа (рис.4). При таком подключении координата точки по горизонтальной оси осциллографа будет пропорциональна напряжению, а по вертикальной - току через диод. Поскольку напряжение в вольтах на резисторе 1 Ом численно равно току через диод в амперах (I=U/R=U/1=U), по вертикальной оси можно непосредственно считывать значения тока. Если на осциллографе выбран режим В/А, то величина, пропорциональная току через диод (канал В), будет откладываться по вертикальной оси, а напряжение (канал А) - по горизонтальной. Это и позволит получить вольтамперную характеристику непосредственно на экране осциллографа.

	XMM1
R1
100ohm
V1	D1
10V	1N4001GP

Рисунок 1 Схема для вычисления прямого тока диода

XMM1

	R1
	100ohm
	V1	D1
		1N4001GP
	10V

Рисунок 2 Схема для определения тока диода

R1

+

-

0.000

A

100ohm

D1

V1

+

1N4001GP

00.000

V

5V

-

а)

R1

+

-

0.000

A

100ohm

D1

V1

1N4001GP

+

00.000

V

15V

-

б)

Рисунок 3 Схема для снятия ВАХ диода а) прямой ветви; б) обратной ветви

	XSC1
XFG1	G
A	T
	B

R1	D1
100ohm	1N4001GP

R2

1ohm

Рисунок 4 Схема для снятия ВАХ диода на экране осциллографа.

2.Порядок проведения экспериментов

2.1Эксперимент 1. Измерение напряжения и вычисление тока через диод.

Соберите схему (рис.1) и включите нажатием кнопки Run. Мультиметр, с помощью двойного щелчка, в режиме вольтметра покажет напряжение на диоде Unp при прямом смещении. Переверните диод и снова запустите схему. Теперь мультиметр покажет напряжение на диоде Uоб при обратном смещении. Запишите показания в раздел

"Результаты экспериментов". Вычислите ток диода при прямом Iпр и обратном Iоб смещении согласно формулам (1) и (2).

2.2 Эксперимент 2. Измерение тока.

Соберите и включите схему (рис.2). Мультиметр, с помощью двойного щелчка, в

режиме амперметра покажет ток диода Iпр при прямом смещении. Отсоедините диод и переверните с помощью сочетания клавиш Ctrl+R, подсоедините и снова запустите схему.

Теперь Мультиметр покажет ток Iоб диода при обратном смещении. Запишите показания в раздел "Результаты экспериментов".

2.3 Эксперимент 3. Снятие вольтамперной характеристики диода.

а). Прямая ветвь ВАХ. (рис. 3 а)). Включите схему. Последовательно устанавливая значения ЭДС источника равными 5В, 4В, 3В, 2В, 1В, 0.5В, ОВ запишите значения напряжения Uпр и тока Iпр диода в таблицу а) раздела "Результаты экспериментов".

б). Обратная ветвь ВАХ. Переверните диод (рис. 3 б)). Последовательно устанавливая значения ЭДС источника равными ОВ, 5В, 10В, 15В запишите значения тока

Iоб и напряжения Uоб в таблицу б) раздела "Результаты экспериментов".

в). По полученным данным постройте графики Iпр (Uпр) и Iоб (Uoб).

г). Постройте касательную к графику прямой ветви ВАХ при Iпр = 4 мА и оцените дифференциальное сопротивление диода по наклону касательной. Проделайте ту же процедуру для Iпр=0.4мА и Iпр=0.2мА. Ответы запишите в раздел "Результаты экспериментов".

д). Аналогично пункту оцените дифференциальное сопротивление диода при обратном напряжении 5В и запишите экспериментальные данные в раздел "Результаты экспериментов".

е). Вычислите сопротивление диода на постоянном токе Iпр = 4 мА по формуле:

R ст = U пр Iпр

и занесите результат в раздел "Результаты экспериментов".

ж). Определите напряжение изгиба. Результаты занесите в раздел "Результаты экспериментов". Напряжение изгиба определяется из вольтамперной характеристики диода, смещенного в прямом направлении, для точки, где характеристика претерпевает резкий излом.

2.4.Эксперимент 4. Получение ВАХ на экране осциллографа

Включите схему (рис.4). Установите параметры на генераторе 1В 850Гц.

Установите на осциллографе масштаб по каналу А- 200мВ/дел, по каналу В- 2мВ/дел и

режим В/А. На ВАХ, появившейся на экране осциллографа, по горизонтальной оси считывается напряжение на диоде в милливольтах (канал А), а по вертикальной - ток в миллиамперах (канал В, 1 мВ соответствует 1 мА). Определите напряжение изгиба по прямой ветви ВАХ и запишите в раздел "Результаты экспериментов".

3. Результаты экспериментов

Эксперимент 1. Измерение напряжения и вычисление тока через диод. Измерьте и

запишите напряжения на диоде:

Напряжение при	Напряжение при	Ток при прямом	Ток при обратном
прямом смещении	обратном смещении	смещении	смещении
Uпр, В	Uоб, В	Iпр, А	Iоб, А

Эксперимент 2. Измерение тока. Измерьте и запишите ток при прямом и обратном смещении

Ток при прямом смещении	Ток при обратном смещении
Iпр, А	Iоб, А

Эксперимент 3. Снятие вольтамперной характеристики диода. Вычислите и запишите токи и напряжения.

а). Прямая ветвь ВАХ.

	E,В	Uпр,мВ	Iпр,мА
	5
	4
	3
	2
	1
	0.5
	0
б). Обратная ветвь ВАХ.
	E,В	Uоб,мВ	Iоб,мА
	0
	5
	10
	15

в). Построение графиков прямой и обратной ветвей ВАХ.

г). Дифференциальное сопротивление диода при прямом смещении, вычисленное по ВАХ. Iпр,мА Rдиф,Ом

4

0.4

0.2

д). Дифференциальное сопротивление диода при обратном смещении, вычисленное по ВАХ.

Uоб, В Rдиф,Ом

5

e). Вычисление сопротивления диода на постоянном токе: Iпр, мА Rcт, Ом

4

ж). Напряжение изгиба, полученное из вольтамперной характеритики

Uизг, В

Эксперимент 4. Получение ВАХ на экране осциллографа. Напряжение изгиба,

определенное из ВАХ, полученной при помощи осциллографа. Uизг, В

4.Контрольные вопросы

1.Что такое электронная проводимость?

2.Что такое дырочная проводимость?

3.Что такое p-n переход?

4.Что такое прямое смещение p-n перехода?

5.Что такое обратное смещение p-n перехода?

6.Сравните токи на диоде при прямом и обратном смещении по порядку величин.

Почему они различны?

7.Что такое дифференциальное сопротивление диода?

8.Сравните дифференциальное сопротивление на диоде при прямом и обратном смещении по порядку величин. Почему они различны?

9.Что такое напряжение изгиба?