Разработка и изготовление лабораторного стенда по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

2МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Забайкальский государственный университет»

(ФГБОУ ВПО «ЗабГУ»)

Факультет дополнительного профессионального_образования

Кафедра физики и техники_связи

КУРСОВАЯ РАБОТА (ПРОЕКТ)

по дисциплине «Физические основы электроники»

на тему:

Разработка и изготовление лабораторного стенда по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов

Выполнил студент группы ТКО-12−1 Цветков А. С.

Руководитель работы: Дружинин А. П.

Чита 2013

Реферат

Пояснительная записка страниц ___, рисунков — ___, таблиц — ___, формул — ___, библиография ___.

ДИОД; ГРАФИК; НАПРЯЖЕНИЕ; ТОК; СОПРОТИВЛЕНИЕ;.

Цель курсовой работы: разработка и изготовление лабораторного стенда, по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов.

Задачи:

изготовить стенд;

рассчитать дифференциальное сопротивление для всех диодов;

рассчитать сопротивление на постоянном токе;

рассчитать погрешность;

построить графики вольт-амперных характеристик полупроводниковых диодов,

В результате выполнения работы был разработан лабораторный стенд по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов, были построены графики прямых токов и обратных.

Содержание

  • Введение
  • 1. Полупроводниковые диоды
  • 1.1 Выпрямительные диоды
  • 1.2 Стабилитроны
  • 1.3 Туннельные и обращенные диоды
  • 1.4 Варикапы
  • 1.5 Назначение и область применения
  • 2.1 Общий принцип действия
  • 2. Лабораторный стенд по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов
  • 2.1 Принципиальная схема устройства
  • 2.1.1 Диод Д226Е
  • 2.1.2 Диод Д310
  • 2.1.3 Диод Д106
  • 2.2 Описание работы лабораторного стенда
  • 2.3 Инструкция по правилам пользования лабораторным стендом по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов
  • Заключение
  • Список используемых источников

Введение

Целью данной работы является разработка и создание прибора, предназначенного для изучения полупроводниковых диодов. Для исследования нами был выбран полупроводниковый диод, который наиболее характерно отражает почти все особенности и свойства полупроводниковой техники в целом и является одним из самых популярных электронных устройств в современной радиотехнике. При разработке я руководствовался тем, что собранный прибор должен быть прост в использовании при проведении лабораторных работ, а также не должен допускать установки таких параметров, которые могут привести к пробою диода. Результатом лабораторной работы должны быть измерения и графики, которые могли бы достаточно наглядно объяснить работу полупроводниковых диодов.

1. Полупроводниковые диоды

Полупроводниковый диод — это электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами, в котором используются свойства р-n — перехода.

Полупроводниковые диоды классифицируются:

1) по назначению: выпрямительные, высокочастотные и сверхвысокочастотные (ВЧ — и СВЧ — диоды), импульсные, полупроводниковые стабилитроны (опорные диоды), туннельные, обращенные, варикапы и др. ;

2) по конструктивно-технологическим особенностям: плоскостные и точечные;

3) по типу исходного материала: германиевые, кремниевые, арсенидо-галлиевые и др.

Рисунок 3.1 — Устройство точечных диодов

В точечном диоде используется пластинка германия или кремния с электропроводностью n — типа (рис. 3. 1), толщиной 0,1…0,6 мм и площадью 0,5…1,5 мм²; с пластинкой соприкасается заостренная проволочка (игла) с нанесенной на нее примесью. При этом из иглы в основной полупроводник диффундируют примеси, которые создают область с другим типом электропроводности. Таким образом, около иглы образуется миниатюрный р-n — переход полусферической формы.

Для изготовления германиевых точечных диодов к пластинке германия приваривают проволочку из вольфрама, покрытого индием. Индий является для германия акцептором. Полученная область германия р — типа является эмиттерной.

Для изготовления кремниевых точечных диодов используется кремний n — типа и проволочка, покрытая алюминием, который служит акцептором для кремния.

В плоскостных диодах р-n — переход образуется двумя полупроводниками с различными типами электропроводности, причем площадь перехода у различных типов диодов лежит в пределах от сотых долей квадратного миллиметра до нескольких десятков квадратных сантиметров (силовые диоды).

Плоскостные диоды изготовляются методами сплавления (вплавления) или диффузии (рис. 3. 2).

Рисунок 3.2 — Устройство плоскостных диодов, изготовленных сплавным (а) и диффузионным методом (б)

В пластинку германия n — типа вплавляют при температуре около 500С каплю индия (рис. 3. 2, а) которая, сплавляясь с германием, образует слой германия р — типа. Область с электропроводностью р — типа имеет более высокую концентрацию примеси, нежели основная пластинка, и поэтому является эмиттером. К основной пластинке германия и к индию припаивают выводные проволочки, обычно из никеля. Если за исходный материал взят германий р — типа, то в него вплавляют сурьму и тогда получается эмиттерная область n — типа.

Диффузионный метод изготовления р-n — перехода основан на том, что атомы примеси диффундируют в основной полупроводник (рис. 3. 2, б). Для создания р — слоя используют диффузию акцепторного элемента (бора или алюминия для кремния, индия для германия) через поверхность исходного материала.

1.1 Выпрямительные диоды

Выпрямительный полупроводниковый диод — это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный.

Выпрямительные диоды выполняются на основе р-n — перехода и имеют две области, одна из них является более низкоомной (содержит большую концентрацию примеси), и называется эмиттером. Другая область, база — более высокоомная (содержит меньшую концентрация примеси).

В основе работы выпрямительных диодов лежит свойство односторонней проводимости р-n — перехода, которое заключается в том, что последний хорошо проводит ток (имеет малое сопротивление) при прямом включении и практически не проводит ток (имеет очень высокое сопротивление) при обратном включении.

Как известно, прямой ток диода создается основными, а обратный — не основными носителями заряда. Концентрация основных носителей заряда на несколько порядков превышает концентрацию не основных носителей, чем и обусловливаются вентильные свойства диода.

полупроводниковый диод вольтамперная характеристика

Основными параметрами выпрямительных полупроводниковых диодов являются: прямой ток диода Iпр, который нормируется при определенном прямом напряжении (обычно Uпр = 1…2В); максимально допустимый прямой ток Iпр мах диода; максимально допустимое обратное напряжение диода Uобр мах, при котором диод еще может нормально работать длительное время; постоянный обратной ток Iобр, протекающий через диод при обратном напряжении, равном Uобр мах; средний выпрямленный ток Iвп. ср, который может длительно проходить через диод при допустимой температуре его нагрева; аксимально допустимая мощность Pмах, рассеиваемая диодом, при которой обеспечивается заданная надежность диода.

По максимально допустимому значению среднего выпрямленного тока диоды делятся на маломощные (Iвп. ср 0,3А), средней мощности (0,3А Iвп. ср 10А) и большой мощности (Iвп. ср 10А).

Для сохранения работоспособности германиевого диода его температура не должна превышать +85С. Кремниевые диоды могут работать при температуре до +150С.

Рисунок 3.3 — Изменение вольт-амперной характеристики полупроводникового диода от температуры: а? для германиевого диода; б? для кремниевого диода

Падение напряжения при пропускании прямого тока у германиевых диодов составляет Uпр = 0,3…0,6 В, у кремниевых диодов? Uпр = 0,8…1,2 В. Большие падения напряжения при прохождении прямого тока через кремниевые диоды по сравнению с прямым падение напряжения на германиевых диодах связаны с большей высотой потенциального барьера р-n — переходов, сформированных в кремнии.

С увеличением температуры прямое падение напряжения уменьшается, что связано с уменьшением высоты потенциального барьера.

При подаче на полупроводниковый диод обратного напряжения в нем возникает незначительный обратный ток, обусловленный движением не основных носителей заряда через р-n — переход.

При повышении температуры р-n — перехода число не основных носителей заряда увеличивается за счет перехода части электронов из валентной зоны в зону проводимости и образования пар носителей заряда электрон-дырка. Поэтому обратный ток диода возрастает.

В случае приложения к диоду обратного напряжения в несколько сотен вольт внешнее электрическое поле в запирающем слое становится настолько сильным, что способно вырвать электроны из валентной зоны в зону проводимости (эффект Зенера). Обратный ток при этом резко увеличивается, что вызывает нагрев диода, дальнейшей рост тока и, наконец, тепловой пробой (разрушение) р-n — перехода. Большинство диодов может надежно работать при обратных напряжениях, не превышающих (0,7…0,8) Uпроб.

Допустимое обратное напряжение германиевых диодов достигает? 100…400 В, а кремниевых диодов? 1000…1500 В.

Выпрямительные диоды применяются для выпрямления переменного тока (преобразования переменного тока в постоянный); используются в схемах управления и коммутации для ограничения паразитных выбросов напряжений, в качестве элементов электрической развязки цепей и т. д.

В ряде мощных преобразовательных установок требования к среднему значению прямого тока, обратного напряжения превышают номинальное значение параметров существующих диодов. В этих случаях задача решается параллельным или последовательным соединением диодов.

Параллельное соединение диодов применяют в том случае, когда нужно получить прямой ток, больший предельного тока одного диода. Но если диоды одного типа просто соединить параллельно, то вследствие несовпадения прямых ветвей ВАХ они окажутся различно нагруженными и, в некоторых прямой ток будет больше предельного.

Рисунок 3.4 — Параллельное соединение выпрямительных диодов

Для выравнивания токов используют диоды с малым различием прямых ветвей ВАХ (производят их подбор) или последовательно с диодами включают уравнительные резисторы с сопротивлением в единицы Ом. Иногда включают дополнительные резисторы (рис. 3. 4, в) с сопротивлением, в несколько раз большим, чем прямое сопротивление диодов, для того чтобы ток в каждом диоде определялся главным образом сопротивлением Rд, т. е. Rд rпр вд. Величина Rд составляет сотни Ом.

Последовательное соединение диодов применяют для увеличения суммарного допустимого обратного напряжения. При воздействии обратного напряжения через диоды, включенные последовательно, протекает одинаковый обратный ток Iобр. однако ввиду различия обратных ветвей ВАХ общее напряжение будет распределяться по диодам неравномерно. К диоду, у которого обратная ветвь ВАХ идет выше, будет приложено большее напряжение. Оно может оказаться выше предельного, что повлечет пробой диодов.

Рисунок 3.5 — Последовательное соединение выпрямительных диодов

Для того, чтобы обратное напряжение распределялось равномерно между диодами независимо от их обратных сопротивлений, применяют шунтирование диодов резисторами. Сопротивления Rш резисторов должны быть одинаковы и значительно меньше наименьшего из обратных сопротивлений диодов Rш rобр вд, чтобы ток, протекающий через резистор Rш, был на порядок больше обратного тока диодов.

1.2 Стабилитроны

Полупроводниковый стабилитрон — это полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя слабо зависит от тока и который используется для стабилизации напряжения.

В полупроводниковых стабилитронах используется свойство незначительного изменения обратного напряжения на р-n — переходе при электрическом (лавинном или туннельном) пробое. Это связано с тем, что небольшое увеличение напряжения на р-n — переходе в режиме электрического пробоя вызывает более интенсивную генерацию носителей заряда и значительное увеличение обратного тока.

Низковольтные стабилитроны изготовляют на основе сильнолегированного (низкоомного) материала. В этом случае образуется узкий плоскостный переход, в котором при сравнительно низких обратных напряжениях (менее 6В) возникает туннельный электрический пробой. Высоковольтные стабилитроны изготавливают на основе слаболегированного (высокоомного) материала. Поэтому их принцип действия связан с лавинным электрическим пробоем.

Основные параметры стабилитронов:

· напряжение стабилизации Uст (Uст = 1…1000В);

· минимальный Iст міn и максимальный Iст мах токи стабилизации (Iст міn 1,0…10мА, Iст мах 0,05…2,0А);

· максимально допустимая рассеиваемая мощность Рмах;

· дифференциальное сопротивление на участке стабилизации rд = Uст/Iст, (rд 0,5…200Ом);

· температурный коэффициент напряжения на участке стабилизации:

TKU стабилитрона показывает на сколько процентов изменится стабилизирующее напряжение при изменении температуры полупроводника на 1С

(TKU = ?0,5…+0,2%/С).

Рисунок 3.6 — Вольт-амперная характеристика стабилитрона и его условное графическое обозначение

Стабилитроны используют для стабилизации напряжений источников питания, а также для фиксации уровней напряжений в различных схемах.

Стабилизацию низковольтного напряжения в пределах 0,3…1 В можно получить при использовании прямой ветви ВАХ кремниевых диодов. Диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь ВАХ, называют стабистором. Существуют также двухсторонние (симметричные) стабилитроны, имеющие симметричную ВАХ относительно начала координат. табилитроны допускают последовательное включение, при этом результирующее стабилизирующее напряжение равно сумме напряжений стабилитронов:

Uст = Uст1 + Uст2 +…

Параллельное соединение стабилитронов недопустимо, т.к. из-за разброса характеристик и параметров из всех параллельно соединенных стабилитронов ток будет возникать только в одном, имеющем наименьшее стабилизирующее напряжение Uст, что вызовет перегрев стабилитрона.

1.3 Туннельные и обращенные диоды

Туннельный диод — это полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на вольт — амперной характеристике при прямом напряжении участка отрицательного дифференциального сопротивления.

Туннельный диод изготовляется из германия или арсенида галлия с очень большой концентрацией примесей, т. е. с очень малым удельным сопротивлением. Такие полупроводники с малым сопротивлением называют вырожденными. Это позволяет получить очень узкий р-n — переход. В таких переходах возникают условия для относительно свободного туннельного прохождения электронов через потенциальный барьер (туннельный эффект). Туннельный эффект приводит к появлению на прямой ветви ВАХ диода участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Туннельный эффект состоит в том, что при достаточно малой высоте потенциального барьера возможно проникновение электронов через барьер без изменения их энергии.

Основные параметры туннельных диодов:

· пиковый ток Iп — прямой ток в точке максимума ВАХ;

· ток впадины Iв? прямой ток в точке минимума ВАХ;

· отношение токов туннельного диода Iп/Iв;

· напряжение пика Uп — прямое напряжение, соответствующее пиковому току;

· напряжение впадины Uв? прямое напряжение, соответствующее току впадины;

· напряжение раствора Uрр.

Туннельные диоды используются для генерации и усиления электромагнитных колебаний, а также в быстродействующих переключающих и импульсных схемах.

Рисунок 3.7 — Вольт-амперная характеристика туннельного диода

Обращенный диод — диод на основе полупроводника с критической концентрацией примесей, в котором проводимость при обратном напряжении вследствие туннельного эффекта значительно больше, чем при прямом напряжении.

Принцип действия обращенного диода основан на использовании туннельного эффекта. Но в обращенных диодах концентрацию примесей делают меньше, чем в обычных туннельных. Поэтому контактная разность потенциалов у обращенных диодов меньше, а толщина р-n — перехода больше. Это приводит к тому, что под действием прямого напряжения прямой туннельный ток не создается. Прямой ток в обращенных диодах создается инжекцией не основных носителей зарядов через р-n — переход, т. е. прямой ток является диффузионным. При обратном напряжении через переход протекает значительный туннельный ток, создаваемый перемещение электронов сквозь потенциальный барьер из р — области в n-область. Рабочим участком ВАХ обращенного диода является обратная ветвь.

Таким образом, обращенные диоды обладают выпрямляющим эффектом, но пропускное (проводящее) направление у них соответствует обратному включению, а запирающее (непроводящее) — прямому включению.

Рисунок 3.8 — Вольт-амперная характеристика обращенного диода

Обращенные диоды применяют в импульсных устройствах, а также в качестве преобразователей сигналов (смесителей и детекторов) в радиотехнических устройствах.

1.4 Варикапы

Варикап — это полупроводниковый диод, в котором используется зависимость емкости от величины обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью.

Полупроводниковым материалом для изготовления варикапов является кремний.

Основные параметры варикапов:

· номинальная емкость Св — емкость при заданном обратном напряжении (Св = 10…500 пФ);

· коэффициент перекрытия по емкости; (Кс = 5…20) — отношение емкостей варикапа при двух заданных значениях обратных напряжений.

Варикапы широко применяются в различных схемах для автоматической подстройки частоты, в параметрических усилителях.

Рисунок 3.9 — Вольт-фарадная характеристика варикапа

1.5 Назначение и область применения

Назначение и применение полупроводниковых диодов в современной технике весьма разнообразно и зависит от вида конкретного диода. Основные виды диодов:

1) Выпрямительные диоды — п/п диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока. Основной характеристикой такого диода является коэффициент выпрямления равный отношению прямого и обратного токов при одном и том же напряжении. Чем выше коэффициент выпрямления, тем меньше потери и выше КПД выпрямителя.

2) Высокочастотные диоды (СВЧ-диоды) — эти диоды предназначены для работы в устройствах высокой и сверхвысокой частоты. Они используются для модуляции и детектирования сверхвысокочастотных колебаний в диапазоне сотен мегагерц. В качестве высокочастотных обычно применяют точечные диоды, емкость электронно-дырочного перехода в которых составляет сотые и десятые доли пикофарад.

3) Варикапы — это диоды, работа которых основана на изменении емкости электронно-дырочного перехода в зависимости прикладываемого обратного напряжения. Эти диоды применяются в качестве конденсаторов с управляемой емкостью.

4) Стабилитроны — это диоды, используемые для стабилизации напряжения. В этих диодах используется наличие у диода критического обратного напряжения, при котором наступает электрический пробой.

5) Туннельные диоды — при больших концентрациях легирующих примесей заметно усиливается туннельный эффект p-n-перехода. При этом в ВАХ диода появляется участок с отрицательным сопротивлением, что позволяет использовать его в схемах генерации и усиления электрических колебаний.

6) Импульсные диоды — это диоды, предназначенные для работы в импульсных схемах. В таких диодах перераспределение носителей зарядов в p-n-переходах при смене полярности напряжения происходит в десятые доли наносекунды. Чем меньше время переходных процессов, тем меньше искажается форма импульсов. Для ускорения переходных процессов уменьшают до возможного предела межэлектродную емкость, а также легируют область p-n-перехода небольшой присадкой золота.

2.1 Общий принцип действия

В полупроводнике n-типа основными носителями свободного заряда являются электроны; их концентрация значительно превышает концентрацию дырок (nn > > np). В полупроводнике p-типа основными носителями являются дырки (np > > nn). При контакте двух полупроводников n — и p-типов начинается процесс диффузии: дырки из p-области переходят в n-область, а электроны, наоборот, из n-области в p-область. В результате в n-области вблизи зоны контакта уменьшается концентрация электронов и возникает положительно заряженный слой. В p-области уменьшается концентрация дырок и возникает отрицательно заряженный слой. Таким образом, на границе полупроводников образуется двойной электрический слой, электрическое поле которого препятствует процессу диффузии электронов и дырок навстречу друг другу (рис. 1). Пограничная область раздела полупроводников с разными типами проводимости (так называемый запирающий слой) обычно достигает толщины порядка десятков и сотен межатомных расстояний. Объемные заряды этого слоя создают между p — и n-областями запирающее напряжение Uз, приблизительно равное 0,35 В для германиевых n-p-переходов и 0,6 В для кремниевых.

n-p-переход обладает удивительным свойством односторонней проводимости.

Рисунок 1 — Образование запирающего слоя при контакте полупроводников p — и n-типов.

2. Лабораторный стенд по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов

2.1 Принципиальная схема устройства

Устройство состоит из источника питания, измерительных приборов (миллиамперметр и вольтметр), исследуемых диодов и переключателя режимов включения диодов.

Источник питания схемы собран на понижающем трансформаторе, выпрямителе и стабилизаторе напряжения. Применен миллиамперметр интегральный цифровой, с автономным питанием ДТ-834, с диапазоном измерения от 1мкА до 2000 мА.

Вольтметр аналогичный, с диапазоном измерения от 1 мВ до 20 В. Для снятия характеристик применены германиевые диоды марок Д-106, Д-310, Д-226Е. Схема коммутации включения выполнена на галетном переключателе 4П-11П.

Рисунок 2 — Принципиальная схема прибора

2.1.1 Диод Д226Е

Диод Д226Е относится к классу «Выпрямительные диоды малой мощности».

Рисунок 3 — диод Д226

Табл. 1. Основные параметры диода Д226Е

Тип прибора

Предельные значения параметров при Т=25°С

Значения параметров при Т=25°С

Тк. мах (Тп.) °С

Uобр. макс.

(Uобр. и. мак.) B

Iпр. макс.

(Iпр. и. мак.) mA

Iпрг.

A

fраб.

(fмакс.) kГц

Uпр.

B

при Iпр.

mA

Iобр.

mkA

Д226Е

(200)

300

-

-

1,0

300

50

80

2.1.2 Диод Д310

Диод Д310 относится к классу «Диоды универсальные и импульсные».

Рисунок 4 — Диод Д310

Диоды универсальные и импульсные отличаются от выпрямительных малым временем обратного восстановления, или большой величиной импульсного тока. Диоды этой группы могут быть использованы в выпрямителях на высокой частоте, например, в качестве детектора или модуляторах, преобразователях, формирователях импульсов, ограничителях и других импульсных устройствах.

Диод Д310 германиевый, диффузионный, импульсный.

Предназначен для применения в запоминающих и логических устройствах.

Выпускается в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами.

Тип диода и схема соединения электродов с выводами приводятся на корпусе.

Масса диода не более 0,7 г.

Основные технические характеристики диода Д310:

Uoбp max — Максимальное постоянное обратное напряжение: 20 В;

Inp max — Максимальный прямой ток: 500 мА;

Inp и max — Максимальный импульсный прямой ток: 0,8 А;

Сд — Общая емкость: 15 пФ при Uoбp 20 В;

Unp — Постоянное прямое напряжение: не более 0,55 В при Inp 500 мА;

Ioбp — Постоянный обратный ток: не более 20 мкА при Uoбp 20 В.

Таблица 2 — Основные параметры диода Д310

Тип прибора

Предельные значения параметров при Т=25°С

Значения параметров при Т=25°С

Тк. мах (Тп.) °С

Uобр. макс.

(Uобр. и. мак.) B

Iпр. макс.

(Iпр. и. мак.) mA (A)

fраб.

(fмакс.) mГц

Cд пФ

Uпр.

B

при Iпр.

mA

Iобр.

mkA

Д310

20

500 (0,8)

-

15

0,55

500

20

70

2.1.3 Диод Д106

Диод Д106 относится к классу «Выпрямительные диоды малой мощности».

Рисунок 5 — Выпрямительный диод Д106

Диоды кремниевые Д106, микросплавные, универсальные.

Предназначены для применения в системах АРУ, дискриминаторах, видеоусилителях. Тип диода и схема соединения электродов с выводами приводятся на корпусе. Масса диода не более 0,53 г.

Основные технические характеристики диода Д106:

Uoбp max — Максимальное постоянное обратное напряжение: 100 В;

Inp max — Максимальный прямой ток: 30 мА;

fд — Рабочая частота диода: 150 кГц;

Unp — Постоянное прямое напряжение: не более 2 В при Inp 2 мА;

Ioбp — Постоянный обратный ток: не более 5 мкА при Uoбp 30 В;

tвoc обр — Время обратного восстановления: 0,5 мкс;

Сд — Общая емкость: 0,7 пФ при Uoбp 1 В

Таблица 3 — Основные параметры диода Д106

Тип прибора

Предельные значения параметров при Т=25°С

Значения параметров при Т=25°С

Тк. мах (Тп.) °С

Uобр. макс.

(Uобр. и. мак.) B

Iпр. макс.

(Iпр. и. мак.) mA

Iпрг.

A

fраб.

(fмакс.) kГц

Uпр.

B

при Iпр.

mA

Iобр.

mkA

Д106

30 (30)

30

-

-

2,0

2,0

30

125

2.2 Описание работы лабораторного стенда

Лабораторный стенд предназначен для снятия вольтамперных характеристик полупроводниковых германиевых диодов. Сетевое напряжение 220 В подается через выключатель на первичную обмотку понижающего трансформатора Т1, после чего со вторичной обмотки трансформатора напряжение уровнем 15 В подается на выпрямительный мост, выпрямленное напряжение стабилизируется интегральным стабилизатором К 142 ЕН 8А. С выхода стабилизатора напряжение уровнем 9 В подается на схему коммутации режима включения и коммутацию испытуемых диодов.

Рисунок 6 — Лабораторный стенд по измерению вольт-амперных характеристик полупроводниковых диодов

Рисунок 7 — Внутренняя компоновка стенда

Таблица 4 — Спецификация лабораторного стенда

Обозначение

Наименование

Количество

Примечание

1.

F1

Предохранитель

1

2.

S1

Выключатель

1

3.

Tr 1

Трансформатор

1

4.

VDS 1

Мост диодный

КД-202

1

5.

C1, C2

Конденсатор электролитический

100×25v

2

6.

R1

Резистор переменный СП-2

1,5 кОм

1

7.

S1, S2

Переключатель галетный 4П-11П

1

8.

f

Миллиамперметр DT-834

1

9.

Вольтметр DT-834

1

10.

HL1

Светодиод

1

11.

VD2

Диод Д226Е

1

12.

VD3

Диод Д106

1

13.

VD4

Диод Д310

1

Таблица 5 — Зависимость тока через диод от приложенного напряжения

Д226

прямая

U в

0. 35

0. 4

0. 45

0. 5

0. 55

0. 60

0. 65

0. 70

0. 75

0. 8

J мA

0

0. 01

0. 03

0. 11

0. 4

1. 77

3. 11

9. 0

16. 7

17. 5

Д106

прямая

U в

0. 35

0. 4

0. 45

0. 5

0. 55

0. 60

0. 65

0. 70

0. 75

0. 8

J мA

0

0

0

0. 01

0. 03

0. 09

0. 28

0. 67

1. 61

4. 40

Д310

прямая

U в

0. 35

0. 4

0. 45

0. 5

0. 55

0. 60

0. 65

0. 70

0. 75

0. 8

J мA

1. 25

7. 01

13. 7

18. 2

25. 9

Д226

Обр.

U в

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

J мкА

2

3

4

5

5

6

6

7

7

7

Д106

Обр.

U в

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

J мкА

1

2

3

4

4

4

5

5

5

6

Д310

Обр.

U в

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

J мкА

3

4

5

6

6

7

7

7

7

8

Рисунок 9 — Зависимость тока через диод Д 310 от приложенного напряжения

Рисунок 10 — Зависимость тока через диод Д 106 от приложенного напряжения

Подсчитаем дифференциальное сопротивление для всех трех диодов

(1)

RД = для диода Д226Е

=

RД = для диода Д106

=

RД = для диода Д310

=

Сопротивление на постоянном токе

R= (2)

для диода Д226Е R =, для диода Д106 R =, для диода Д310 R =

Подсчитаем погрешность

(3)

для диода Д226Е

= 1,2%

для диода Д106

= 28%

для диода Д310

0,7%

2.3 Инструкция по правилам пользования лабораторным стендом по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов

1. Требования перед началом работы:

1.1 Перед использованием лабораторного стенда внешним осмотром проверить 1.1.1 Целостность корпуса прибора;

1.1.2 Исправность электрошнура, электровилки, электророзетки;

1.1.3 Надежность соединения электрошнура с прибором;

2. Требования во время работы:

2.1 При включении лабораторного стенда в сеть необходимо пользоваться электровилкой, после чего повернуть тумблер регулятор напряжения по часовой стрелке до «щелчка», после чего загорится зеленый индикатор, который означает что лабораторный стенд включен и готов к работе.

2.2 При выключении лабораторного стенда необходимо повернуть тумблер регулятор напряжения против часовой стрелке до «щелчка», после чего зеленый индикатор погаснет, это означает что лабораторный стенд выключен, также нужно браться за электровилку, при этом придерживая крышку электророзетки.

2.3 При обнаружении искрения, горелого запаха, дыма, а также перегрева лабораторного стенда, электрошнура и электровилки, необходимо немедленно выключить прибор.

3. Требования мер безопасности при аварийных ситуациях:

3.1 При обнаружении неисправностей лабораторного стенда работник должен отключить его от электросети и доложить преподавателю.

3.2 При возникновении пожара, задымлении:

3.2.1 Немедленно сообщить по телефону «01» в пожарную охрану, оповестить работающих, поставить в известность преподавателя, сообщить о возгорании на пост охраны.

3.2.2 Открыть запасные выходы из здания, обесточить электропитание, закрыть окна и прикрыть двери.

3.2.3 Приступить к тушению пожара первичными средствами пожаротушения, если это не сопряжено с риском для жизни.

3.2.4 Организовать встречу пожарной команды.

3.2.5 Покинуть здание и находиться в зоне эвакуации.

3.3 При несчастном случае:

3.3.1 Немедленно организовать первую помощь пострадавшему и при необходимости доставку его в медицинскую организацию.

3.3.2 Принять неотложные меры по предотвращению развития аварийной обстановки.

4. Требования охраны труда по окончании работы:

4.1 Отключить лабораторный стенд от сети.

4.2 Убрать электронагревательные приборы в специально отведенное место.

5 Запрещается

5.1 Оставлять без наблюдения включенный лабораторный стенд.

5.2 Пользоваться поврежденными электророзетками;

5.3 Оставлять включенным электронагревательные приблабораторный стенд при отключении электроэнергии и при уходе из помещения.

5.4 Ремонт, проверку сопротивления изоляции лабораторного стенда имеет право проводить специально назначенные работники из числа электротехнического персонала.

Заключение

Нами был разработан и создан лабораторный стенд, который позволяет измерить вольтамперные характеристики полупроводниковых диодов. Опытным путем мы выяснили, что полупроводниковый диод обладает односторонней проводимостью. Это показывает вольтамперная характеристика диода. При небольшом напряжении на зажимах диода в цепи проходит относительно большой ток, а при значительном обратном напряжении, ток ничтожно мал. Построенные графики наглядно объясняют работу диода при изменении параметров входного сигнала. Полученные результаты с небольшими корректировками можно применить к большинству полупроводниковых приборов, так как в основе их работы лежат общие принципы.

Список используемых источников

1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Учебное пособие для вузов. Под ред. Н. Д. Федорова. — М.: Радио и связь, 1998. — 560 с.

2. Ибрагим К. Ф.: «Основы электронной техники: элементы, схемы, системы. «, Пер. с англ. — Изд. Второе. М.: Мир, 2001. — 398 с.

3. Соболев В. Д. Физические основы электронной техники. Учебник для вузов. — М.: Высш. шк., 1979. — 448 с

4. Булычев А. Л. «Электронные приборы», / А. Л. Булычев, П. М. Лямин, Е. С. Тулинов. — М.: Лайт ЛТД., 2000. 416 с.

5. Бобровников Л. З. Электроника. — СПб: Питер, 2004.

6. Москатов Е. А.: «Справочник по полупроводниковым приборам» — Изд. Второе. — электронный документ, файл формата pdf — 1958 кб.

7. Электронные приборы. Учебник для вузов. Под ред.Г. Г. Шишкина. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 489 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой