Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Напівпровідникові діоди.
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
Електроніка та мікросхемотехніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Звіт
до лабораторної роботи
з дисципліни: «електроніка та мікросхемотехніка»
на тему: «Напівпровідникові діоди»
Мета роботи
Дослідження принципу дії підсилювала напруги низької частоти (ГІІІЧ) на транзисторі, включеному зі спільним емітером. Експериментальна перевірка розрахунку елементів схеми і визначення основних характеристик і параметрів. Визначення впливу відхилень параметрів елементів схеми на роботу підсилювача в цілому.
Теоретичні відомості
До напівпровідникових приладів належать селенові мідно закисні (купоросні) вентилі, кристалічні точкові і площинні діоди, транзистори, фото опори, термоопори, варистори, канальні тріоди, тиристори, семистори та інші прилади. Широке застосування напівпровідникових приладів пояснюється такими перевагами над електронними лампами, як мала вага і розміри, великий термін служби, велика стійкість відносно потрясіння і вібрації, високий ККД при перетворенні енергії одного виду в інший, порівняно низька напруга при використанні в різних схемах, відсутність підігрівання катода, мала споживча потужність. Проте напівпровідникові прилади мають і недоліки: значний розкид параметрів діодів і транзисторів одного і того ж типів, значна залежність властивостей від змін температури, великий рівень власних шумів.
Розглянемо напівпровідник, в якому є дві області — електронна і діркова. Згідно закону вирівнювання концентрації електрони намагаються перейти (дифундувати) з n-області в p-область, а дірки навпаки, будуть переміщуватись з p-області в n-область, де їх концентрація менша. Причиною, обмежуючою дифузійному розповсюдженню зарядів, є сили виникаючого внутрішнього поля. Між областями виникає електричне поле з цих зарядів, тобто утворюється p-n перехід або потенціальний бар'єр. Подіємо на ці заряди зовнішнім електричним полем. Відомо, що якщо напрям руху електронів, попавши в електричне поле, співпадає з напрямом силових ліній, електрони будуть гальмуватись полем, якщо протилежний їх напрям, то електрони будуть прискорюватися. Дія електричного поля на дірки буде оберненою: воно гальмує дірки, які попали в нього, якщо напрями їх рухів протилежні напряму поля, якщо ж напрям руху дірок і напрям руху поля співпадають то вони будуть тим прискорюватись. Покидання цих носіїв електричного заряду веде до утворення додаткових нерухомих іонів, тобто підвищенню потенційного бар'єру і тоді все менше основних носіїв будуть перемагати дії внутрішнього електричного поля p-n-переходу. Оснований основними носіями дифузійний струм і неосновними –струм провідності напрямлений одним протилежно другому і в ізольованому провіднику загальний струм рівний нулю. Якщо зовнішню напругу прикладену "плюсом" до n-області, а "мінусом" до p-області (зворотній напрям), то поле створене джерелом, підсилить дію внутрішнього поля переходу, тому ще менша кількість носіїв зможе пересилити таке сумарне поле і перейти в сусідню область. Електрони n-області і дірки p-області перебігають від p-n-переходу до зовнішніх контактів, в результаті чого він розширюється. Опір запірного шару збільшується. Дифузійний струм зменшується до нуля і через перехід проходить тільки струм провідності, він буде малим, оскільки неосновних носіїв в декілька порядків менша основних. Збільшення зворотної напруги може привести до пробою переходу прикладеною напругою. Прямий струм через діод задається генератором струму ГТ, особливість якого є слабка залежність вихідного струму від опору напруги. Плавно збільшуючи від 0 вихідний струм генератора ГТ, вимірюють пряму напругу Uпр. Діода для ряду значень прямого струму Iпр. Зворотне розгалуження ВАХ знімають, виключивши діод в схему. Плавно збільшуючи від 0 вихідну напруг на ГНЗ, вимірюють зворотній струм Iзв діода для ряду значень зворотної напруги Uзв. Аналіз типових ВАХ германієвого і кремнієвого діодів дозволяє робити такі висновки:
а) прямий спад напруги Uпр на германієвому діоді майже в два рази менший, ніж на кремнієвому, при однакових значеннях прямого струму Iпр
б) германієвий діод починає проводити струм при дуже малій прямій напрузі Uпр, а кремнієвий-тільки при Uпр=0.4-0.6 В;
в) зворотній струм Iзв кремнієвого діода значно менший зворотного струму германієвого при однакових зворотніх напругах.
Ці висновки дозволяють розмежувати на значення германієвих і кремнієвих діодів. Германієві діоди застосовують для обробки сигналів малої амплітуди (до 0.3 В). Кремнієві діоди при подачі на них сигналів такої амплітуди однаково погано проводять струм, як в прямому так і в зворотному напрямках. Кремнієві діоди більш поширені, ніж германієві, і застосовуються в тих випадках, коли зворотній струм не допускається. Крім цього, вони зберігають працездатність до температури навколишнього середовища 125-1500С, тоді як германієві можуть працювати тільки до 70°С. Отже, напівпровідниковим діодом називають перетворюючий прилад з одним електричним переходом. Всі напівпровідникові діоди поділяються на два класи: точкові (випрямляючі і СВЧ—діоди) та площині (випрямляючі, стабілітрони, тунельні, зворотні, варікапи, фотодіоди, світлодіоди і напівпровідникові фотоелементи). Через малу площу контакту прямий струм і між електродна ємність точкових діодів невеликі, що дозволяє застосовувати їх в області високих частот. Завдяки великій площі переходу площини діоди, зокрема випрямляючі діоди, розраховані на великий прямий струм. В основному пряма напруга діода не перевищує 1-2 В, при цьому густина струму в напівпровідниковому досягає 1—10 A/мм2, що викликає підвищення його температури. Для зменшення нагріву потужності діодів прямим струмом приймають спеціальні заходи для охолодження: монтаж на радіаторах , обдув та інше . При подані на напівпровідниковий діод зворотньої напруги в ньому виникає незначний зворотній струм, обумовлений рухом неосновних носіїв заряду через p-n-перехід. У випадку прикладання до діода зворотньої напруги в декілька сотень вольт зовнішнє електричне поле стає настільки в запираючому прошарку сильним, що здатне вирвати електрони з валентної зони в зону провідності. Зворотній струм при цьому різко збільшується, що викликає нагрів діода, і після чого тепловий пробій (розвал) p-n-переходу. Навіть короткочасне підвищення зворотньої напруги понад пробивну, приводить до пробою p-n-переходу і виходу діода з ладу. Основне призначення цих діодів - перетворення (випрямлення) струму у постійний. Основними параметрами випрямляючих діодів є:
а) постійна пряма напруга (Дір при обмеженому для кожного діода постійному прямому струмі або середній прямій напрузі Uсер.пр. в схемі однопівперіодного випрямляча при певному середньому прямому струмі Iпр.сер і максимально допустимій зворотній напрузі; б) постійний зворотний струм Iзв при визначеній постійній зворотній чи напрузі середній зворотний струм Iзв.ср. у схемі однопівперіодного випрямляча при максимально припустимій зворотній напрузі і визначеному середньому прямому струмі;
в) максимальна допустима постійна зворотна напруга Uзв max;
г) максимально допустимий середній прямий струм Iпр.сер max, переважно визначаються як середній за період прямий струм в схемі
однопівперіодного випрямляча. Перевищення Uзв.max переводить діод у режим пробою. Розрізняють електричний і тепловий пробої p-n-переходу. Електричний пробій може бути лавинним чи тунельної і не супроводжуватися руйнуванням p-n-переходу. Тепловий пробій, як правило, приводить до руйнування p-n-переходу і виходу діода з лад. Напівпровідниковий стабілітрон – це напівпровідниковий діод, напруга на якому в області електричного пробою слабо залежить від струму і який використовується для стабілізації напруги.
Тунельний діод – напівпровідниковий діод виродженого напівпровідника, в якому тунелі проходить до появи на вольт-амперних характеристик при прямій напрузі ділянки від'ємної диференціальної провідності. Як робочу лінію ВАХ використовують її пряме розгалуження. Матеріалом для тунельних діодів служить германій або арсенід галію. Тунельні діоди є швидкодіючими напівпровідниковими пристроями і застосовуються в генераторах високочастотних коливань і швидкодіючих імпульсних перемикачах. Зворотній діод – різновидність тунельного діода, в якому Іпр≈0. Якщо до зворотнього діода прикласти пряму напругу Uпр≤0,3 В, то прямий струм діода Іпр≈0, в той же час навіть при невеликій зворотній напрузі зворотній струм діода досягає декількох міліампер в результаті тунельного пробою. Тому, зворотній діод має вентильні властивості при малих напругах саме в тій області, де звичайні випрямляючі діоди цих властивостей не мають. При цьому напрямом найбільшої провідності є напрям, що відповідає зворотньому струму. Зворотні діоди застосовують, як і тунельні діоди в імпульсних пристроях, а також як перетворювачів сигналів в радіотехнічних пристроях. Імпульсний діод призначений для роботи з імпульсними сигналами швидкодіючих імпульсних схемах з часом переключення 1мкс і менше, тобто в якості ключів або пристроїв, які мають два стани – малого опору ("відкрито") і великого опору ("закрито"). В аналогічному режимі можуть працювати і звичайні випрямляючі діоди. При прямому зміщенні вони мають малий, а при зворотньому– великим опір. Проте такі діоди є дужа інерційними. Для їх переключення з одного стану в інший затрачається багато часу. На підміну під них, імпульсні діоди мають дуже малий час переключення (високу швидкодію). Швидкодія імпульсних діодів оцінюється по перехідним характеристикам. Процеси накопичення і розсовування неосновних носіїв є процесами зарядки і розрядки дифузійної ємності p-n-переходу. Кінцева їх тривалість – це головна причина інерційності діода. Крім того, на швидкодію д:ода впливають і процеси перезарядки бар'єрної ємності p-n-переходу. Останнім часом в імпульсних діодах все частіше застосовують переходи Шотки. Їх особливістю є відсутність накопичення заряду неосновних носіїв при прямому зміщені. Інерційність діодів Шотки пояснюється лише наявністю бар'єрної ємності, що не перевищує одиниць пікофарад. Діоди Шотки можуть мати час виключення порядку Iнс = 109с.
Варікап — напівпровідниковий діод, в якому використовується залежність ємності p-n-переходу від зворотньої напруги і який призначений для застосування як елемента з електрично керованою величиною ємності. Напівпровідниковим матеріалом для виготовлення варікапів є кремній. Залежність ємності варікапа від зворотної напруги.
Фотодіод — напівпровідниковий фотоелектричний пристрій, в якого використовується явище внутрішнього фотоефекта , яке полягає у тому, що під дією енергії світлового випромінювання в області p-n-переходу проходить іонізація атомів основної речовини і домішків , в результаті чого генеруються пари носіїв заряду - електрон і дірка . У зовнішньому колі, приєднаному до p-n-переходу, виникає струм викликаний рухом цих носіїв. При освітленості p-n-переходу (Ф > 0) струм зростає.
Результати лабораторної роботи
Експеримент 1. Зміна напруги і визначення струму за допомогою діоду. Мультиметр показав напругу на діоді Uпр при прямому зсуві. Перевернувши діод і знову запустивши схему мультиметр показав напругу на діоді Uзв при змінному зсуві.
Експеримент 2. Дослідження проходження струму у германієвому та кремнієвому діодах.
Германієвий діод:
2,107
Схема проходження прямого струму через германієвий діод та графік залежності напруги від струму
Схема проходження зворотного струму через германієвий діод та графік залежності струму від напруги
Кремнієвий діод:
Схема проходження прямого струму через кремнієвий діод та графік залежності струму від напруги
Схема проходження зворотнього струму через кремнієвий діод та графік залежності струму від напруги
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора