ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт энергетики и электротехники

Направление подготовки 210100.62

«Электроника и наноэлектроника»

Заочное отделение

Отчет о лабораторной работе №1

Определение свойств, параметров, вольт - амперных характеристик выпрямительных диодов и степени их соответствия техническим условиям

по дисциплине

«Полупроводниковые приборы»

Выполнил: студент Гадалин А.А.

Группа: ЭЛбз 1131

Проверил: к.т.н.

Прядилов Алексей Вадимович

Тольятти 2014

Цель работы - достичь понимания свойств и характеристик полупроводниковых выпрямительных диодов, приобрести навыки экспериментального определения их вольтамперных характеристик (ВАХ) и практического определения соответствия их параметров техническим условиям или справочным данным.

Программа работ

1 Ознакомиться с методическими рекомендациями по выполнению данной работы.

2 Изучить теоретические сведения по электрофизическим явлениях в электронно-дырочных переходах, свойствам и параметрам полупроводниковых выпрямительных диодов по конспекту лекций по дисциплине "Полупроводниковые приборы" и литературе [1 – 4].

3 Подготовить формуляр отчета по лабораторной работе.

4 Ознакомиться с устройством модернизированного лабораторного стенда по методическому пособию «Универсальный компьютерный лабораторный стенд» и подготовить его к работе.

5 Снять прямые ветви ВАХ кремниевого и германиевого диодов.

6 Снять обратные ветви ВАХ этих же диодов.

7 Построить графики полученных ВАХ.

8 Определить величины порогового напряжения, напряжения пробоя и обратного тока.

9 Рассчитать по ВАХ зависимости статического Rc и динамического Rд сопротивлений от тока диода.

10 Определить по справочнику параметры номинального режима диодов и для номинального тока построить схемы замещения.

11 Сравнить параметры исследованных диодов с техническими условиями или со справочными данными.

12 Для цепи, состоящей из последовательно соединенных источника напряжения с величиной электродвижущей силы (ЭДС) равной Ео, нагрузочного резистора Rн = 1 кОм и диода, рассчитать изменение коэффициента полезного действия (КПД) такой цепи при изменении Е в диапазоне ±50% от величины Е0. Ток диода при Е = Е0 принять равным 2 мА.

13 Для цепи по п. 12 при Е = Ео рассчитать и построить графики зависимостей величины цепи от изменения сопротивления резистора R в диапазоне от 500 Ом до 1,5 кОм.

14 Закончить оформление отчета и сделать выводы о степени соответствия исследованных диодов техническим условиям.

15 Защитить отчет.

Работа выполнялась на модернизированном лабораторном стенде 87Л-01 "ЛУЧ". При выполнении экспериментальной части лабораторной работы использовали сменный планшет №1. Рекомендуемые приборы: 1) генератор тока (ГТ 0-10 мА) и генератор напряжения (ГН2 0-15 В и ГН3 30-100 В), находящиеся на нижней панели стенда; 2) мультиметры, находящиеся на правой и левой панелях стенда, 3) кремниевый или германиевый диод по указанию преподавателя, 4) соединительные провода.

Прямую ветвь ВАХ сняли по схеме, приведенной на левой части планшета (рисунок 1), обратную ветвь - по схеме на правой части. Для точного получения результатов при малых значениях измеряемых величин устанавили переключатели приборов на как можно меньшие диапазоны измерения.

Рисунок 1 – Схема стенда для снятия вольт – амперных характеристик диода в прямом включении

При снятии прямых ветвей ВАХ обратили внимание на полярности источников и приборов, указанные на левой схеме планшета и собрали схему в строгом соответствии с этими полярностями. Поставили переключатель одного из мультиметров в положение 2 мА, а второго - 2 В. Установили рукоятки ГТ "ГРУБО" и "ТОЧНО" в крайнее левое положение.

После проверки собранной схемы преподавателем или лаборантом включили стенд, поставив включатель питания «Сеть» в положение "I" (включено). При этом загорелась подсветка включателя. Вращая рукоятки "ГРУБО" и "ТОЧНО" генератора тока, сняли показания мультиметров в 10 -12 точках. Максимальное значение задаваемого тока - 10 мА - превышаться не должно. Затем отключили питание стенда, полученные значения токов и напряжений занесли в таблицу.

Таблица 1. Значения ВАХ при прямом включении диода КД103

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Iпр, mA	0	0.15	0.3	0.6	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Uпр, B	0	0.49	0.51	0.54	0.56	0.6	0.62	0.64	0.65	0.66	0.67	0.68	0.69	0.69

График 1. Вольт-Амперная характеристика диода в прямом включение

Для снятии обратной ветви ВАХ собрали схему на правой части планшета стенда, соблюдая указанные на ней полярности приборов и источников (см. рисунок 2). Поставили переключатель одного из мультиметров в положение 2 мА, переключатель второго в положение 200 В. Установили рукоятки ГН3 "ГРУБО" в крайнее левое положение.

После проверки собранной схемы включили стенд, поставив включатель питания «Сеть» в положение "I". При этом загорелась подсветка включателя. Вращая рукоятку генератора напряжения "ГН 30-100 В", сняли показания приборов в 10-12 точках. Максимальное задаваемое напряжение - 100 В. Отключили стенд. Занесли в таблицу полученные значения токов и напряжений. Построили в первом приближении черновые графики полученных ВАХ и показали их преподавателю. Разобрали схему. Сдали соединительные провода и сменные элементы лаборанту.

Рисунок 2 - Схема стенда для снятия вольт – амперных характеристик диода в обратном включении

Таблица 2. Значение ВАХ при обратном включение диода D312

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Uобр, B	0	0.3	1	5	10	20	30	40	60	90	95
Iобр, мкА	0	7	11	11	12	13	13	14	15	17	17

График 2. Вольт-Амперная характеристика диода при обратном включение

Зависимость статического сопротивления от тока кремниевого диода КД103

Зависимость динамического сопротивления от тока кремниевого диода КД103

Справочные данные на диоды

КД103

Диффузионные кремниевые диоды. Конструктивно оформлены в пластмассовом корпусе с гибкими выводами. Положительный вывод маркируется цветной точкой. Масса не более 0,1 г.

Размеры корпуса кремниевого диода КД103

Д312

Диоды германиевые мезадиффузионные. Выпускаются в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. Тип диода и схема соединения электродов с выводами привидятся на корпусе. Масса не более 0,6 г.

Размеры корпуса германиевого диода Д312

Электрические параметры диодов

Параметр	КД103	Д312
Максимальное постоянное обратное напряжение, В	50	100
Максимальный обратный ток, мкА	0,4	100
Максимальный прямой ток, мА	100	50
Максимальное прямое напряжение, В	1	0,5
Максимальное импульсное обратное напряжение, В	75	100
Максимально допустимый прямой импульсный ток, А	2	0,5
Максимальное время восстановления, мкс	4000	0,5
Рабочая частота, КГц	20	-
Рабочая температура, С	-60…100	-60…100
Общая ёмкость, пФ	20	3

Полная схема замещения диода

Для оценки частотных свойств диода следует учитывать общую емкость диода С_Д, являющуюся суммой барьерной и диффузионной емкостей, а также сопротивления контактов. На рисунке 7 приведена такая модель.

Здесь R_Д – нелинейное сопротивление перехода, С_бар – и С_диф - нелинейные барьерная и диффузионная емкости перехода, R – сопротивления контактов.