Вольт – амперная характеристика p – n перехода
Если подключить к рассмотренной системе внешнее постоянное напряжение – плюсом к p – области, а минусом к n – области, то созданное этим напряжением электрическое поле направлено противоположно полю перехода. Результирующая напряженность поля в области перехода уменьшается, что облегчает перемещение примесных носителей через переход. Поэтому первоначальное равновесие токов нарушается, и через переход начинает протекать ток примесных носителей, называемый прямым током. Он достаточно резко (нелинейно) возрастает с ростом внешнего напряжения. При внешнем напряжении порядка 1 вольта запирающий слой перехода практически исчезает и ток ограничивается только омическим сопротивлением p и n областей.
При подаче внешнего напряжения плюсом к n – области, а минусом – к p – области, ток примесных носителей резко уменьшается, так как суммарная напряженность поля перехода увеличивается, а ток собственных носителей остается неизменным. Через переход протекает обратный ток. Его величина не зависит от внешнего напряжения (вплоть до напряжения пробоя) и определяется только концентрацией собственных носителей и площадью перехода. Так как собственных носителей значительно меньше, чем примесных, то обратный ток значительно меньше прямого (при одинаковых по модулю и достаточно больших обратном и прямом напряжениях). Поэтому можно считать, что p – n переход пропускает ток только в одном направлении – при прямом включении.
График зависимости тока от напряжения для некоторого p – n перехода приведен на рис. 2.
Рис.2
4. Полупроводниковый диод
Как правило, полупроводниковый диод представляет собой монокристалл полупроводника с донорной или акцепторной примесью, в котором различными способами создается область с противоположной проводимостью. В месте контакта областей образуется p – n переход. Кристалл с присоединенными в соответствующих местах контактными проводами выводов помещается в металлический (с изоляторами), керамический, стеклянный или пластмассовый корпус. Вид вольтамперной характеристики обычного диода аналогичен приведенной выше характеристике p – n перехода.
5. Описание экспериментальной установки
Задачей работы является получение вольтамперных характеристик полупроводникового диода типа Д7Ж при различных температурах (диод помещен в термостат). Кнопочный переключатель позволяет перекоммутировать измерительные приборы при снятии прямой (нажат) и обратной (отжат) характеристик. Тем самым практически устраняется дополнительная погрешность, связанная с величиной собственных сопротивлений амперметра и вольтметра. Пределы измерений приборов также изменяются (указаны на лицевой панели), классы точности указаны на самих приборах.
6. Выполнение работы
Отключить термостат прибора. Включить прибор в сеть. Получить значения прямого и обратного токов соответственно для 10 – 15 значений прямого и обратного напряжений, начиная с обратной ветви характеристики. Построить график вольтамперной характеристики диода.
Включив термостат, повторить измерения для двух значений температуры, начиная с меньшего. Время установления постоянной температуры в термостате – порядка 7 минут, признак установления – мигание индикатора нагрева. Построить соответствующие графики на том же рисунке.