- •Свойства p-n перехода.
- •Вольт-амперная характеристика и разновидности полупроводниковых диодов. Свойства p-n перехода обуславливают следующий вид вольт-амперной характеристики диода (рис.2).
- •Различают выпрямительные диоды
- •I пр, мА I обр, мкА (мА) Uпр (b) Uпроб (b) Uобр (b)
- •I проб
- •Практическая часть.
- •Порядок выполнения работы.
Лабораторная работа № 1.
ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, РАЗНОВИДНОСТИ И РАБОТА ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ С ОДНИМ p-n ПЕРЕХОДОМ.
|
дата |
подпись |
Допуск: |
|
|
Выполнение: |
|
|
Защита: |
|
|
Теоретические сведения.
Диод – двухэлектродный элемент электрической цепи, обладающий односторонней проводимостью тока.
Полупроводниковая структура диода.
Полупроводниковый диод представляет собой кристалл полупроводника - германия (Ge) или кремния (Si) – одна из частей которого легирована увеличивающей концентрациию электронов в кристалле донорной примесью (n-область), а другая – уменьшающей концентрацию электронов в кристалле акцепторной примесью (p-область). Соответственно, электропроводность n-области полупроводника определяется, в основном, электронами, а p-области – дырками. Граница раздела p- и n- областей кристалла называется p-n переходом (рис. 1).
Односторонняя электрическая проводимость полупроводниковых диодов обусловлена свойствами p-n перехода.
Свойства p-n перехода.
Под действием разности концентрации электроны и дырки диффундируют через p-n переход (электроны – из n-области в p-область, дырки – из p-области в n-область) и рекомбинируют с носителями заряда противоположного знака. В результате, их концентрация в некотором слоя полупроводника, прелегающем к p-n переходу, понижается. Соответственно, в этом слое, в n-области полупрводника остается нескомпенсированный положительный заряд ионов донорной примеси, а в p-области полупроводника – нескомпенсированный отрицательный заряд ионов акцепторной примеси. Внутри такого двойного заряженного слоя (рис. 1) возникает электрическое поле, вектор напряженности которого (Е) направлен из n-области в p-область и препятствует прохождению основных носителей заряда через p-n переход. Вместе с тем, через p-n переход происходит дрейф неосновных носителей заряда: электронов p-области и дырок n-области.
Обратный, то есть включенный в обратном направлении (или закрытый), p-n переход обладает электрической емкостью. Эта емкость, называемая барьерной, зависит от диэлектрической проницаемости запирающего слоя, от площади и ширины p-n перехода и уменьшается с увеличением приложенного обратного напряжения.
Вольт-амперная характеристика и разновидности полупроводниковых диодов. Свойства p-n перехода обуславливают следующий вид вольт-амперной характеристики диода (рис.2).
Токи, протекающие через диод, при приложении к нему прямого и обратного (в отсутствии электрического пробоя) напряжений, различаются на 4-6 порядков, что позволяет говорить о его односторонней электрической проводимости. В обоих случаях возможный ток через диод определяется площадью p-n перехода. Падение напряжения на диоде при пропускании через него прямого тока составляет (0,3–0,6) В для германиевых и (0,8–1,2) В для кремниевых диодов.
В зависимости от назначения диоды подразделяются на:
выпрямительные диоды;
полупроводниковые стабилитроны;
варикапы;
импульсные диоды и так далее.
φ
Направление вектора напряженности поля двойного заряженного слоя
Диффузионное движение основных носителей заряда:
J др
электроны
nP
J диф
электроны
x
Дрейфовое
движение неосновных носителей заряда:
дырки
дырки
Потенциальный барьер на границе p- и n-областей кристалла полупроводника
Е
Pn
Область двойного
заряженного слоя
Полярность
подключаемых напряжений при обратном включении
PP
nn
P-область
n-область
Полярность
подключаемых напряжений при прямом включении
– диффузионный ток
основных носителей
заряда
– дрейфовый ток неосновных носителей заряда
Рис. 1 Полупроводниковая структура диода и свойства p-n перехода
где РР , nn – основные носители: дырки и электроны; Рn , np – неосновные носители: дырки и электроны; , – положительно заряженные донорные и отрицательно заряженные акцепторные ионы.
Пояснения к рис. 1.
p-n переход в отсутствии внешнего напряжения: Jдиф. = Jдр;
p-n переход при подаче прямого смещения:
Е внеш. Направлено против поля двойного заряженного слоя, φ уменьшается;
Jдиф. > Jдр. – через диод течет прямой ток;
— p-n переход при подаче обратного смещения:
Е внеш. Совпадает по направлению с полем двойного заряженного слоя, φ возрастает;
Jдиф. < Jдр. – через диод течет обратный ток
Условное графическое обозначение выпрямительного диода представленно на рис. 3. Эти диоды предназначены для выпрямления переменного тока.
Их основными параметрами являются:
постоянное прямое напряжение Uпр, которое нормируется при определенном прямом токе Iпр;
максимально допустимый прямой ток Iпр. max;
обратный ток диода Iобр, который нормируется при определенном обратном напряжении Uобр;
максимально допустимый обратное напряжение Uобр. max.