экспоненциальному росту прямого тока.

Обратный ток через переход всегда намного меньше прямого, поэтому при построении обратной ветви ВАХ используются обычно другие масштабы. Обратный ток, равный разности дрейфового и диффузионного токов, на начальном участке довольно быстро растет засчет резкого уменьшения диффузионного тока с увеличением потенциального барьера. При дальнейшем увеличении обратного напряжения диффузионный ток падает практически до нуля, и обратный ток становится равным дрейфовому току, который не зависит от приложенного напряжения.

Рис.7. ВАХ p-n-перехода.

Таким образом, ВАХ p-n-перехода нелинейна. р-n-переход обладает очень большим

дифференциальным сопротивлением, характеризующим изменение напряжения при изменении тока через p-n-переход. Эта величина содержит важную информацию о физических процессах в полупроводнике.

Если обратное напряжение непрерывно повышать, то при некотором значении напряжения, называемого напряжением пробоя, наблюдается резкое увеличение силы тока. Известны следующие виды пробоя полупроводниковых p-n-переходов: тепловой,

туннельный и лавинный.

Полупроводниковые приборы

В настоящее время полупроводниковые приборы используются практически во всех областях электроники и радиотехники. Несмотря на чрезвычайное разнообразие этих приборов, в основе их, как правило, лежит работа p-n-перехода или системы из нескольких p-n-переходов. Полупроводниковый диод содержит один p-n-переход, к каждой из областей которого подведены с помощью омических контактов металлические вводы. Диоды используются для выпрямления и преобразования переменных токов.

13

Описание экспериментальной установки

Для измерения параметров прямой ветви характеристики диодов в работе применяется схема включения, изображенная на рис.9.

П2

- 6 В

Рис. 9. Схема измерения параметров прямой ветви ВАХ диодов.

Регулировка прямого тока Iпр обеспечивается переменным резистором R2. Резистор R1 ограничивает величину прямого тока, протекающего через диод. Переключатель П2 позволяет подключать к измерительной схеме поочередно германиевый Д7Ж и кремниевый Д226 диоды. Для расширения предела измерения прямого тока микроамперметром в схему включается «шунт» Rш, обеспечивающий измерение тока от 0 до 300 мА, цена деления шкалы прибора - 6 мА.

На рис. 10 представлена схема измерения обратной ветви характеристики диодов и стабилитрона.

П2

КС156

-20 В

Рис. 10. Схема измерения параметров обратной ветви характеристики диода и стабилитрона.

При измерении параметров обратной ветви ВАХ диода необходимо, чтобы источник питания, которым задается режим измерения, имел малое внутреннее сопротивление по сравнению с сопротивлением диода, включенном в обратном направлении. Для выполнения этого условия обратное напряжение Uобр на диод подается от регулируемого стабилизированного источника напряжения и определяется величина обратного тока Iобр. Обратный ток германиевого и кремниевого диодов измеряется микроамперметром с

14

пределом измерения от 0 до 50 мкА, цена деления шкалы - 1 мкА. Регулировка обратного напряжения при снятии обратной ветви характеристики диодов проводится резистором R3, резистор R4 ограничивает величину обратного тока, протекающего через диоды.

При снятии обратной ветви характеристики стабилитрона КС156 для расширения предела измерения обратного тока микроамперметром в схему включается шунт Rш, что обеспечивает измерение тока от 0 до 10 мА, цена деления шкалы прибора - 0,2 мА. Переключатель П2 позволяет поочередно подключать к измерительной схеме в обратном направлении исследуемые диоды и стабилитрон.

На рис. 11 представлен внешний вид передней панели стенда для снятия вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов и стабилитрона.

На передней панели расположены:

•Микроамперметр

•Переключатель П1, который с помощью рукоятки устанавливается в три положения (рис. 11):

«1» - включается электрическая схема измерения прямой ветви ВАХ германиевого и кремниевого диодов; «2» - включается электрическая схема измерения обратной ветви

ВАХ германиевого, кремниевого диодов и стабилитрона; «0» - измерительные схемы отключены от источников питания.

Регулировка Регулировка

Uпр Uобр

Рис. 11. Внешний вид панели измерительного стенда.

•Переключатель П2, который с помощью рукоятки устанавливается в следующие положения:

«Ge+» - к измерительной схеме (рис.9) подключается германиевый диод Д7 в прямом направлении;

«Si+» - к измерительной схеме (рис.9) подключается кремниевый диод Д226 в прямом направлении;

15

«Ge-» - к измерительной схеме (рис.10) подключается германиевый диод в обратном направлении;

«Si-» - к измерительной схеме (рис.10) подключается кремниевый диод в обратном направлении; «Ст» - к измерительной схеме (рис.10) подключается стабилитрон КС156 в обратном направлении.

•Резистор «Регулировка Uпр», с помощью которого устанавливаются необходимые значения прямого тока при снятии прямой ветви ВАХ германиевого и кремниевого диодов;

•Резистор «Регулировка Uобр», c помощью которого устанавливаются необходимые значения обратного напряжения и обратного тока при снятии обратной ветви ВАХ германиевого, кремниевого диодов и стабилитрона;

•Гнезда «± В7-27» для подсоединения цифрового вольтметра В7-27, обеспечивающего измерение прямого и обратного напряжения на исследуемых диодах и стабилитроне.

Подготовка приборов к работе

1. Установить тумблеры «сеть» на блоке питания и цифровом вольтметре В7-27 в положение «Выкл».

2.Переключатель П1 на панели измерительного стенда поставить в положение «0»,

переключатель П2 — в положение « Ge+». Повернуть ручки «Регулировка Uпр» и «Регулировка Uобр» против часовой стрелки до легкого упора. Проверить установку на «0» стрелки микроамперметра.

3.Подключить измерительный стенд с помощью кабеля к цифровому вольтметру В7-27, соблюдая соответствующую полярность.

4.Подготовить В7-27 к измерению постоянного напряжения. Для этого ручку переключателя пределов измерения поставить в положение 1B V=.

5.Включить источник питания и вольтметр В7-27.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Измерение прямой ветви ВАХ диодов

1.1. Поставьте переключатель П1 измерительного стенда в положение «1», а переключатель П2 в положение « Ge+» и приступайте к измерению прямой ветви ВАХ германиевого диода. Для этого, медленно вращая ручку резистора «Регулировка Uпр» по часовой стрелке, установить указанные в таблице 1.1 значения прямого тока +Iпр в делениях и снимите соответствующие значения напряжения +Uпр. После окончания измерения, вращая ручку резистора «Регулировка Uпр» установите ее в начальное положение «0». Значения тока в делениях переведите в абсолютные значения в мА (цена деления шкалы - 6 мА). Полученные значения напряжения Uпр (В) и тока Iпр (мА) занесите в таблицу 1.1.

1.2. Поставьте переключатель П2 в положение «Si» и снимите прямую ветвь ВАХ кремниевого диода, для этого выполните те же измерения, что и в п. 1.1. Полученные данные занесите в таблицу 2.1.

16

Задание 2. Измерение обратной ветви ВАХ диодов

2.1. Переведите переключатель П1 в положение «2», а переключатель П2 в положение «Ge-», ручку переключателя пределов измерения постоянного напряжения прибора В7-27 поставьте в положение 10В, и приступайте к измерению обратной ветви ВАХ германиевого диода. Для этого, медленно вращая ручку резистора «Регулировка Uобр» по часовой стрелке, установите указанные в табл. 2.1 значения обратного напряжения -Uобр и снимите cоответствующие значения обратного тока -Iобр на микроамперметре (цена деления 1 мкА). После окончания измерения, вращая ручку резистора «Регулировка Uобр», установите ее в положение «0». Полученные значенияIобр (мкА) занесите в таблицу 2.1.

2.2.Установите переключатель П2 в положение « Si-» и снимите обратную ветвь ВАХ кремниевого диода, для этого выполните те же измерения что и в п.2.1. Полученные данные занесите в таблицу 2.2.

Задание 3. Измерение обратной ветви ВАХ стабилитрона

3.1. Установите переключатель П2 в положение «Ст» и снимите обратную ветвь ВАХ полупроводникового стабилитрона. Для этого, медленно вращая ручку резистора «Регулировка Uобр» по часовой стрелке, установите указанные в табл. 3 значения обратного тока -Iобр в делениях и снимите соответствующие значения напряжения Uобр. После окончания измерения резистор «Регулировка Uобр» установите в положение «0». Значение тока в делениях переведите в абсолютные значения в мА (цена деления стрелочного прибора - 0,2 мА). Полученные значения –Uобр (В) и –Iобр (мА) занесите в таблицу 3.

Таблица 3. Стабилитрон КС156, обратная ВАХ

17

Задание 4. Обработкарезультатов

4.1. Полученные вольтамперные характеристики изобразите графически.

4.2.По ВАХ диодов определите величину контактной разности потенциалов ϕ для исследуемых диодов путем экстраполяции линейного участка прямой ветви на ось абсцисс, как показано на рис.12. Сравните полученные значения и сделайте выводы.

4.3.Используя прямые ветви ВАХ исследуемых диодов, вычислите значения дифференциального сопротивления RД = ∆∆UI на линейных участках (рис.12).

4.4. Для обратных ветвей ВАХ вычислите значение дифференциального сопротивления RД = ∆∆UI при одинаковом напряжении ∆U = U2 – U1 = 3 B (U2 =18 B, U1=15 B).

4.4.Сравните значения RД для прямых и обратных ветвей ВАХ исследуемых диодов и сделайте выводы.

Рис. 12. Прямая ветвь ВАХ диода.

4.5. По ВАХ стабилитрона определите значение напряжения стабилизации Uст (точка Р на рис.8 соответствует средней части выбранного рабочего диапазона) и дифференциальное сопротивление RД на линейном участке.