3. Принцип метода измерений и рабочая формула

Вольт-амперная характеристика, построенная по формуле (1), показана на рис. 3 и имеет несколько характерных участков: 1 – ветвь пропускного направления, 2 – начальный участок запирающего направления (быстрый рост обратного тока); 3 – прямолинейный участок насыщения, 4 – участок резкого увеличения обратного тока, предшествующий электрическому пробою.

Рис. 3

Поскольку сила обратного тока очень мала, масштабы тока на графике выбраны разными: для пропускного направления (сверху ) сила тока в мА, для запирающего (снизу ) в мкА.

Выпрямляющие свойства диода характеризуются коэффициентом выпрямления – отношением силы тока прямого направления к силе тока запирающего направления, взятых при одинаковом напряжении:

.

Из-за сильной нелинейности ВАХ коэффициент выпрямления при очень малых U очень мал , а с ростом U увеличивается. Если на диод подать переменное напряжение, то он пропустит ток только в прямом направлении, превратив его в ток одного направления.

Следует отметить, что p-n переход обладает определенной ёмкостью, величина которой варьируется изменением напряжения смещения. Если p-n переход сделать большой площади и расположить вблизи поверхности кристалла, то можно при освещении светом использовать его как источник ЭДС – преобразователь света в электричество. Наконец, диод выполненный из высокоомного кремния с достаточно широкой базой обладает высокой магниточувствительностью, что нашло применение в датчиках магнитного поля. Изучение этих свойств p-n перехода выходит за рамки данной работы.

4. Измеряемый образец и лабораторная установка

Схема установки показана на рис. 4.

Рис. 4

Здесь напряжение на кристаллический диод подаётся с делителя напряжения R. Так как сила прямого и обратного токов отличается на несколько порядков, то при смене полярности диода надо изменять пределы измерений. Сдвоенный переключатель П₁П₂ позволяет одновременно с изменением направления тока через диод изменить коэффициент шунтирования. Двухпредельный шунт к микроамперметру мА образован сопротивлениями R₁ и R_2.

Изучаемый диод установлен на изолирующей подставке. Клеммы её помечены знаками “+” (анод) и “–“ (катод), а условный знак диода показывает пропускное направление тока (по стрелке).

5. Порядок выполнения работы

1. Подготовить установку для измерений в соответствии со схемой (см. инструкцию на столе). Источник тока подключить только после проверки схемы преподавателем.

2. Снять точки ВАХ диода для пропускного направления. Результаты измерений силы тока I_пр и напряжения U занести в таблицу по указанной форме.

U	В
Iпр	мА
Iобр	мкА
Rпр	Ом
Rобр	кОм
K	–

Напряжение изменять через 0,1 В до тех пор, пока ток I_пр не достигнет 10 мА. Измерения I_пр производятся до 8-10 значений U.

3. Изменить полярность напряжения на диоде, переключив переключатель П₁П₂.

4. Снять обратную ветвь ВАХ (напряжение измерять через 1 В).

5. Вычислить сопротивление диода на прямом и обратном токах по формулам: ; , а также коэффициент выпрямления , при для каждого значения U.

По результатам измерений построить графики , которые можно нанести на общих осях. Масштабы токов и напряжений выбрать разными для прямого и обратного направлений. График зависимости коэффициента выпрямления от U строится на отдельных осях.