Выполнение работы

В работе курсанту предлагается самостоятельно убедится в нелинейной зависимости вольт-амперной характеристики диода при прямом и обратном смещении, а также пронаблюдать лавинный пробой и сделать выводы о способностях диода к стабилизации напряжения.

Для этого предлагается два диода (стабилитрона), источник напряжения (позволяющий задавать напряжение в пределах 0 — 30 В с шагом 0.1 В), измерительные приборы (мультиметры).

Собрав схему, представленную на рис. 6 курсант должен снять зависимость прямого и обратного тока от прямого и обратного смещения на p-n-переходе соответственно.

Рис. 6. Схема изучения ВАХ диода.

Ход работы:

1. Изменяя напряжение U_вхнеобходимо снять зависимость обратного тока (амперметр А) от обратного смещения на p-n-переходе (вольтметрV). Количество точек и шаг изменения U_вхвыбрать таким, чтобы на итоговой ВАХ диода было видно увеличение обратного тока вблизи нулевого смещения, дальнейший выход на плато и пробой.Запрещается выходить в режим глубокого пробоя, чтобы не допустить перегрева диода и выхода из строя прибора.

2. Переключить напряжение на прямое смещение и снять зависимость тока (амперметр А) от напряжения на p-n-переходе (вольтметр V) в прямом смещении.

3. В процессе получения точек для построения ВАХ записывать напряжение, подаваемые на вход схемы (U_вх).

4. Данные эксперимента занести в таблицу 1.

5. Из таблицы 1, учитывая пределы измерения и показания измерительных приборов, преобразовать экспериментальные данные и занести их в таблицу 2.

6. На основе таблицы 2 построить вольт-амперную характеристику диода (аналогично рис. 5).

7. Повторить инструкции пунктов 1 — 7 для второго стабилитрона лабораторного стенда.

Для заполнения данными таблиц 1 и 2, а также для построения вольт-амперной характеристики можно воспользоваться компьютерными программами (Excel,OpenOfficeCalc,Googleдокументы). Таблицы и графики должны быть распечатаны, вырезаны и вклеены в лабораторную тетрадь.

Примечание:

Максимально допустимый ток стабилизации I_{ст.макс.}— это наибольший ток через стабилитрон, при котором температура его р-n-перехода не превышает допустимой. Превышение тока I_{ст.макс.}ведет к тепловому пробою р-n-перехода и, естественно, к выходу прибора из строя.

Для стабилитронов лабораторного стенда I_{ст.макс.}= 29 мА (данные взяты из таблицы характеристик данной марки стабилитрона).

Основываясь на максимальном значении тока стабилизации и максимально возможном напряжении лабораторного источника (30 В) необходимо рассчитать номинал сопротивления R исходя из следующих соображений: при максимальном напряжении U_вхток через стабилитрон не должен превысить I_{стаб.макс.}

Полученный номинал сопротивления указать в отчете.

Таблица 1. Экспериментальные данные.

Напряжение на входе (Uвх), В	Напряжение на диоде (V), В	Показания амперметра (А)		Придел шкалы амперметра (А), мА
Диод №1. Полярность на входе (а).
0,1
0,2
…
Диод №1. Полярность на входе (б).
0,1
0,2
…
Диод №2. Полярность на входе (а).
0,1
0,2
…
Диод №2. Полярность на входе (б).
0,1
0,2
…

Таблица 2. Данные для построение ВАХ.

Напряжение на диоде, В	Ток в схеме, мА
Диод №1. Полярность на входе (а).
0,1
0,2
…
Диод №1. Полярность на входе (б).
0,1
0,2
…
Диод №2. Полярность на входе (а).
0,1
0,2
…
Диод №2. Полярность на входе (б).
0,1
0,2
…

Контрольные вопросы:

1. Поясните принцип образования объемного неподвижного заряда на границе p-n-перехода.

2. Почему обратный ток p-n-перехода не меняется при увеличении обратного смещения до наступления пробоя?

3. Чем обусловлено увеличение тока при подаче прямого напряжения на p-n-переход?

4. Какой пробой наблюдается в стабилитроне? Какова его физическая природа?

5. Что показывает амперметр А в схеме на рис. 6?

6. Зачем в экспериментальной схеме, изображенной на рис. 6, применяется сопротивление R?

7. Что показывает вольтметр Vв схеме на рис. 6?

8. На диод подается смещение U_вх, при появлении тока в схеме напряжениеV, падающее на диоде, уменьшается. Где падает разность напряжений U_вх– V? Почему при отсутствии тока в схеме U_вх=V?

9. Меняется ли напряжение на диоде в режиме пробоя cувеличением обратного смещения U_вх? Какие выводы из этого следуют?