МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

КАФЕДРА управления и информатики в технических системах

ЭЛЕКТРОНИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

ЭЛЕКТРОНИКА – 1

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ № 1

«Исследование Полупроводниковых диодов»

Санкт-Петербург 2012

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	Функциональный генератор
2	Мультиметр
3	Осциллограф
4	Источник постоянного напряжения
5	Диод 1N4001
6	Резисторы
7	Амперметр, вольметр
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:

, (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:

, (2)

где Iоб - ток диода в обратном направлении, Uоб- напряжение 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.

Рисунок 1 Схема для вычисления прямого тока диода

Рисунок 2 Схема для определения тока диода

а)

б)

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

Рисунок 4 Схема для снятия ВАХ диода на экране осциллографа.

2. Порядок проведения экспериментов

2.1 Эксперимент 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 = 40 мА и оцените дифференциальное сопротивление диода по наклону касательной. Проделайте ту же процедуру для Iпр=4мА и Iпр=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 = 40 мА по формуле:

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".