Пробой p-n перехода
С ростом обратного напряжения может наступить пробой p-n перехода. При этом ток и проводимость в обратном направлении резко возрастают. Различают три основных вида пробоя, два из которых являются следствием чрезмерно большого электрического поля в переходе, третий связан с тепловыми явлениями. Вольт - амперные характеристики (ВАХ) туннельного - 1, лавинного - 2 и теплового - 3 пробоев представлены на рис.3.
Рис.
3 Обратные ветви ВАХ p-n
перехода в области пробоя
Через Is обозначен обратный ток насыщения. Обратная ветвь здесь изображена в сильно увеличенном масштабе, поэтому в начале координат имеет место ″излом″ характеристики.
Все рассмотренные виды пробоев являются обратимыми, т.е. диод может оставаться работоспособным после пробоя, если средняя мощность, выделяемая в переходе, не превысит максимально допустимую, при которой начинают происходить необратимые изменения в кристаллической структуре полупроводника, характерные для теплового пробоя. Максимальная мощность рассеивания указывается в паспорте полупроводникового прибора.
Стабилитроны. Вах стабилитрона
Стабилитрон - полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации, то есть поддержания неизменным, уровня постоянного напряжения. На его вольтамперной характеристике имеется участок, где напряжение почти не зависит от величины протекающего тока. Таким является участок электрического пробоя, где ток изменяется в широком диапазоне, не допускающем перехода в необратимый тепловой пробой. Так как участок электрического пробоя – это обратное напряжение, то стабилитрон работает на обратной ветви ВАХ.
Схема подключения стабилитрона представлена на рис. 4. Резистор Ro подбирается таким, чтобы протекающий через стабилитрон ток Iст соответствовал среднему (называемому номинальным Iст.ном) значению тока рабочего режима стабилитрона между Iст.min и Iст.max.
Принцип действия стабилитрона: при уменьшении входного напряжения ток через стабилитрон и падение напряжения на Ro тоже уменьшается, но напряжения на стабилитроне и на нагрузке, исходя из вольтамперной характеристики (рис. 5.), остаются постоянными. При увеличении входного напряжения ток через стабилитрон и URo увеличиваются, а напряжение на нагрузке так же остаётся неизменным. Стабилитрон поддерживает постоянство напряжения при изменении тока через него от значений Iст.min до значений Iст.max.
Рис. 4. Схема подключения стабилитрона
Рис. 5. Типичная ВАХ стабилитрона
Описание установки
Лабораторная работа выполняется на установке, принципиальная схема которой представлена на рис. 6, где П1, П2 – переключатели, П – потенциометр, A - многопредельный амперметр, V - многопредельный вольтметр.
Рис. 6. Принципиальная схема лабораторной установки
Порядок выполнения работы
1. Получить у лаборанта образец графика для построения ВАХ.
2. С разрешения преподавателя включить в сеть источник питания. Ручка потенциометра должна быть при этом установлена на ″0″.
3. Поставить переключатели П1 и П2 в положения ″Диод″ и ″Прямой ток″.
4. Установить предел измерения токового прибора ″0,5″ А.
5. Снять ВАХ диода в прямом направлении. Для этого, установив с помощью потенциометра П одно из допустимых значений тока, считывают показания вольтметра и отмечают на подготовленном для построения графика листе точку пересечения значений одновременно измеренных тока I и напряжения U. Устанавливают другое значение тока, считывают соответствующее ему напряжение и ставят следующую точку. Изменяя ток несколько раз (7-9 раз) и через получившиеся точки проводят плавную линию, которая и будет прямой ветвью ВАХ п.п. диода. Если подобная методика снятия ВАХ вызывает затруднение, можно значения одновременно измеренных тока и напряжения предварительно занести в таблицу,
|
U,В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I,А |
|
|
|
|
|
|
|
|
а затем уже по этим данным, с соблюдением масштаба, построить ВАХ, т.е. зависимость I=f(U).
6. Установить предел токового прибора в положение ″50 мкА″.
7. Установить переключатель П2 в положение ″Обратный ток″.
8. Изменяя напряжение (7-9 раз), снять ВАХ диода в обратном направлении (по аналогии с пунктом 5).
9. Установить переключатель П1 в положение ″Стабилитрон″.
10. Установить предел токового прибора в положение ″50мА″.
11. Изменяя напряжение, снять ВАХ стабилитрона в обратном направлении (по аналогии с пунктом 5). 12. Установить переключатель П2 в положение ″Прямой ток″ и, не изменяя предела измерения миллиамперметра, снять прямую ветвь ВАХ стабилитрона (по аналогии с пунктом 5).
13. Построить на одном графике ВАХ диода и стабилитрона. По графикам определить величину обратного тока диода и величину напряжения стабилизации стабилитрона.
ВНИМАНИЕ! Перед каждым измерением ручка потенциометра должна быть установлена в начальное положение, т.е. на ″0″.