ДОСЛІДЖЕННЯ НАПІВПРОВІДНИКОВОГО ДІОДА. Інструкція до лабораторної роботи з Електроніка та мікросхемотехніка. Робота № 518775

Перехід до торгівельного партнера Binance

ДОСЛІДЖЕННЯ НАПІВПРОВІДНИКОВОГО ДІОДА

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Комп’ютеризовані системи

Кафедра:

Не вказано

Інформація про роботу

Рік:

2002

Тип роботи:

Інструкція до лабораторної роботи

Предмет:

Електроніка та мікросхемотехніка

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА» ДОСЛІДЖЕННЯ НАПІВПРОВІДНИКОВОГО ДІОДА Інструкція до лабораторної роботи № 3 з дисципліни: “Електроніка та мікросхемотехніка” для студентів базового напряму 6.0914 «Комп’ютеризовані системи, автоматика і управління» Затверджено на засіданні кафедри (Автоматика і телемеханіка( Протокол №8 від 24 січня 2002 р. Львів – 2002Дослідження напівпровідникового діода: Інструкція до лабораторної роботи №3 з дисципліни: “Електроніка та мікросхемотехніка” / Укл.: Вітер О.С., Гаранюк І.П. ( Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2002. ( 9 с. Укладачі Вітер О.С., канд. техн. наук, доц. Гаранюк І.П., канд. техн. наук, доц. Відповідальний за випуск Дудикевич В.Б., д-р техн. наук, проф. Рецензенти Стрілецький З.М., канд. техн. наук, доц. Мотало В.П., канд. техн. наук, доц. Мета роботи – вивчення властивостей напівпровідникових діодів шляхом практичного зняття і дослідження їх вольт-амперних характеристик. Теоретичні відомості Напівпровідниковим діодом називається напівпровідниковий прилад з n-р переходом, який має два виводи. Основною властивістю напівпровідникового діода є одностороння провідність, властива n-р переходу. Усі напівпровідникові діоди поділяють на дві групи: випрямляючі і спеціальні. Випрямляючі діоди призначені для випрямлення змінного струму. У залежності від частоти і форми змінної напруги вони поділяються на високочастотні, низькочастотні та імпульсні. Спеціальні напівпровідникові діоди використовують різноманітні властивості n-р переходів: явище пробою, бар’єрну ємність, наявність ділянки з від’ємним опором та інш. Конструктивно випрямляючі діоди поділяються на площинні і точкові, а за технологією виготовлення на сплавні, дифузійні та епітаксіальні. Точкові діоди мають малу площу n-р переходу і, відповідно, малу його ємність (переважно менше 1 пФ) і застосовуються для випрямлення малих струмів, як низьких так і високих частот. Принцип побудови точкового діода пояснюється за допомогою рис.1. Тонкий загострений провідник, на кінчик якого нанесені домішки, приварюється за допомогою імпульсу струму до пластини напівпровідника з певним типом електропровідності. При цьому з провідника в основний напівпровідник дифундують домішки створюючи область з іншим типом електропровідності. Таким чином біля провідника утворюється n-р перехід дуже малої площі. Точкові діоди переважно виготовляють з напівпровідника n-типу з порівняно великим питомим опором. Застосування герметичної оболонки (скляної, керамічної або металевої) забезпечує стабільність і довговічність точкових напівпровідникових діодів. Германієві і кремнієві точкові діоди випускаються з граничними зворотними напругами до 150 В і максимальним випрямленим струмом до 100 мА. Крім детектування радіосигналів на частотах до декількох сотень мегагерц, точкові напівпровідникові діоди використовуються для перетворення частоти, а також успішно працюють на низьких частотах у вимірювальній радіоапаратурі, в пристроях автоматики, а також широко застосовуються для інших цілей. Найширшу групу напівпровідникових діодів складають площинні діоди, в яких n-р перехід формується методом вплавлювання або шляхом дифузії домішкових речовин в об'єм пластини напівпровідника (рис.2). Сплавний площинний перехід формується в результаті вплавлення в напівпровідникову монокристалічну пластину електрода, який містить донорні або акцепторні домішки. Наприклад, у пластину германія n-типу вплавляють каплю індію, яка, сплавлюючись з германієм, створює шар германію р-типу. Область з електропровідністю р-типу має більш високу концентрацію домішок, ніж основна пластина германію, і тому є емітером. Сплавним методом формують так звані різкі, або сходинчаті переходи. Дифузійний метод виготовлення n-р переходів оснований на тому, що атоми домішок дифундують в основний напівпровідник із газоподібного стану. Для того, щоб дифузія була інтенсивною, напівпровідник нагрівають до високої температури. Наприклад, пластину германія n-типу нагрівають до 900оС і поміщають у пари індію. Змінюючи тривалість дифузії, отримують шар напівпровідника р-типу необхідної товщини. Після охолодження цей шар усувають шляхом травлення з усіх частин пластини, крім однієї грані. При дифузійному методі отримують плавний n-р перехід . Площинні діоди мають n-р переходи великої площі, тому можуть використовуються для випрямлення великих струмів. Матеріалом для таких діодів переважно служить германій, кремній або арсенід галію. Бар'єрна ємність у площинних діодів зазвичай є більшою, ніж у точкових, тому їх застосування обмежується більш низькими частотами. У залежності від площі n-р переходу і опору напівпровідника площинні напівпровідникові діоди можуть працювати як випрямлячі різних струмів і напруг, починаючи від детектування слабких радіосигналів, закінчуючи випрямленням змінного струму промислової частоти при напрузі в сотні і тисячі вольт і струмах у десятки і сотні ампер. Низькочастотні площинні випрямляючі діоди, призначені для випрямлення змінного струму з частотою до 50 кГц. Ці діоди застосовуються у випрямляючих пристроях для живлення різноманітної апаратури. Іноді їх називають силовими діодами. Випрямляючі діоди поділяються на діоди малої, середньої і великої потужності, що відповідає граничним значенням випрямленого струму до 300 мА, від 300 мА до 10 А і вище 10 А. Всі параметри діодів переважно нормуються при температурі оточуючого середовища 20(5 оС. Германієві діоди допускають густину струму до 100 А/см2 при прямій напрузі до 0,8 В. Гранична зворотна напруга не перевищує 400 В, а зворотний струм переважно складає десяті долі міліампера для діодів малої потужності і одиниці міліампер для діодів середньої потужності. Робоча температура германієвих діодів від – 60 до +75 оС. Потужні германієві діоди переважно виготовляють на випрямлені струми до 1000 А і зворотні напруги до 150 В. Кремнієві випрямляючі діоди отримали більш широке застосування. Вони допускають густину струму до 200А/см2 , а гранична зворотна напруга досягає 1000В. Робоча температура кремнієвих діодів від – 60 до +150 оС. Пряма напруга у кремнієвих діодів доходить до 1,5 В. Зворотний струм кремнієвих діодів значно менший ніж у германієвих, його значення переважно складає десятки і сотні мікроампер. Потужні кремнієві діоди переважно виготовляють на випрямлений струм від 10 до 500 А і зворотну напругу від 50 до 1000 В. Випрямляючі діоди характеризуються такими основними параметрами: максимальне середнє значення випрямленого струму Іпр.ср.; спад напруги на діоді при певному значенні прямого струму Uпр ; максимальна зворотна напруга Uзв ; максимальний зворотний струм при певному значенні зворотної напруги Ізв. ; гранична частота fмакс.; ємність діода Сд . Контрольні запитання Розкажіть про конструкцію, маркування та умовне позначення напівпровідникових діодів. Поясніть вентильну дію п-р переходу. Які особливості точкових і площинних напівпровідникових діодів? Побудуйте і поясніть вольт-амперну характеристику напівпровідникового діода. Якими параметрами характеризуються випрямляючі напівпровідникові діоди? Як впливає температура навколишнього середовища на характеристики і параметри напівпровідникових діодів? Що таке ємність п-р переходу і як вона залежить від значення прикладеної напруги? Як вмикаються напівпровідникові діоди, якщо робоча напруга перевищує допустиму зворотну напругу одного діода? Як вмикаються напівпровідникові діоди, якщо робочий струм перевищує допустимий струм одного діода? Назвіть переваги і недоліки напівпровідникових діодів у порівнянні з вакуумними. Розкажіть про застосування напівпровідникових діодів у випрямляючих схемах. Схема дослідження, необхідні пристрої і деталі Для зняття вольт-амперної характеристики напівпровідникового діода можна використати схему, яка зображена на рис.3. Елементи схеми визначаються типом досліджуваного діода. У табл.3 наведені основні параметри деяких випрямляючих діодів, які широко застосовуються в електронній апаратурі. Таблиця 1 Основні параметри деяких випрямляючих діодів Тип діода Максимальний випрямлений струм Івипр. макс, А Пряме падіння напруги Uпр, В Максимальна зворотна напруга Uзв. макс, В Максимальний зворотний струм Ізв.мак, мкА Д2Б(Д2И Д9Б(Д9М Д226-Д226Е КД106А Д223(Д223Б 2Д215А Д242(Д242Б 0,008(0,025 0,015(0,04 0,3 0,3 0,05 1,0 10 1 1 1 1 1 1,2 1,0(1,5 10(150 10(100 200(400 100 50(150 400 100 100(250 60(250 50 10 1 50 3000 Значення е.р.с. Е джерела постійного струму залежить від типу досліджуваного діода. Однак у більшості випадків досить прикласти до діода в прямому напрямку напругу порядку 1 В, а в зворотному – порядку (20 ( 50) В. Цю напругу можна отримати від джерела постійної регульованої напруги, яке передбачене в комплекті лабораторного макету. Перемикач SA1 використовується для зміни полярності напруги, що підводиться до діода. Якщо перемикач встановлений у положення 1, то на діод подається пряма напруга, а при встановленні перемикача в положення 2 – зворотна. Потенціометр R з опором порядку 1 кОм використовують для плавного регулювання значення напруги, що прикладається до діода. Вольтметр повинен бути розрахований на вимірювання постійних напруг у межах (0(50) В. Для більшої точності відліку при знятті вольт-амперної характеристики в прямому напрямку бажано застосувати вольтметр з двома або декількома межами вимірювань, одна з яких повинна складати приблизно (1(2) В. При вимірюваннях вольтметром прямих і зворотних напруг необхідно дотримуватись відповідної полярності вмикання. Перемикач SA2 призначений для під’єднання в схему одного з приладів, який вимірює струм діода. При встановленні перемикача в положення 1 в схему вмикається прилад для вимірювання прямого струму, верхню границю вимірювань якого вибирають відповідно до максимального значення випрямленого струму досліджуваного діода. При встановленні перемикача SA2 в положення 2 в схему вмикається мікроамперметр для вимірювань зворотного струму. Шкала цього приладу розраховується на відповідне максимальне значення зворотного струму діода (див. табл.1). Для захисту схеми від випадкового пробою діода в ній передбачені два запобіжники FU1 і FU2, які розраховані на максимально допустиме значення випрямленого струму досліджуваного діода. Виконання роботи План роботи: Складання і випробування схеми. Зняття прямої ділянки вольт-амперної характеристики діода Іпр=f (Uпр). Зняття зворотної ділянки вольт-амперної характеристики діода Ізв=f1(Uзв). Побудова вольт амперної характеристики діода. Визначення коефіцієнта випрямлення KВ діода. Складання і випробування схеми Підібравши елементи схеми, з'єднують їх між собою у відповідності з рис.3. Після перевірки приступають до випробування схеми. Повзунок потенціометра R встановлюють у таке положення, при якому до вимірювальної частини схеми не буде підводитися напруга. Для випробування схеми при прямій напрузі, прикладеній до діода, перемикачі SA1 і SA2 встановлюють у положення 1. Верхня межа вимірювання напруги вольтметра повинна бути порядку (1(2) В. Потім обережно пересувають повзунок потенціометра, збільшуючи напругу, що подається на діод. Одночасно стежать за значенням прямого струму діода, яке повинно змінюватись у межах, достатніх для зняття прямої гілки вольт-амперної характеристики. Якщо значення напруги, що підводиться до діода, змінюється дуже різко, то потрібно підібрати потенціометр з іншим значенням опору. Після цього повзунок потенціометра R знову встановлюють у положення нуля, а перемикачі SA1 і SA2 в положення 2 (зворотне вмикання). Шкала вольтметра повинна бути розрахована на вимірювання напруги порядку 50 В. Потім поступово збільшують зворотну напругу, прикладену до діода, і стежать за показами мікроамперметра. Значення зворотного струму повинно змінюватися незначно і не перевищувати максимального значення, допустимого для даного типу діода. Випробування схеми проводять для трьох ( чотирьох діодів, що підлягають дослідженню. Зняття вольт-амперної характеристики Іпр= f (Uпр) при прямій напрузі, прикладеній до діода Для зняття вольт-амперної характеристики потрібно встановити обидва перемикачі в положення 1 і, змінюючи напругу джерела від 0 до 1 В (з інтервалом 0,1 В), слідкувати за змінами значення прямого струму. Результати спостережень записати в табл.2. Таблиця 2 Іпр = f ( Uпр ) Діод типу ________ Uпр, В Іпр, мА Зняття вольт-амперної характеристики Ізв=f1(Uзв) при зворотній напрузі, прикладеній до діода Для зняття цієї характеристики необхідно встановити обидва перемикачі в положення 2 і, змінюючи напругу джерела від 0 до 50 В (з інтервалом 5 В), слідкувати за значенням зворотного струму діода. Результати спостережень записати в табл.3. Таблиця 3 Ізв=f1 ( Uзв ) Діод типу __________ Uзв, В Ізв, мкА Примітка. Якщо при випробуванні діода зворотний струм перевищує максимально допустиме значення, то випробування потрібно зупинити. Діод до експлуатації не придатний. Побудова вольт-амперної характеристики діода За даними табл.2 і табл.3 у прямокутній системі координат будують вольт-амперну характеристику діода І=f (U). Необхідно правильно підібрати масштаби струмів і напруг, що відкладаються по осях у прямому і зворотному напрямках. Приблизний вигляд вольт-амперної характеристики напівпровідникового діода наведений на рис.4. Визначення коефіцієнта випрямлення КВ діода Для розрахунку КВ потрібно визначити прямий і зворотний струми діода при напрузі 1В і підставити їх значення у формулу Визначивши КВ для декількох типів діодів, потрібно вказати, який з них найбільш придатний для роботи в схемах випрямлення. ВКАЗІВКИ ДО ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ Звіт повинен містити: Точну назву і мету роботи. Таблицю основних даних досліджуваного діода. Схему дослідження діода з короткою характеристикою елементів, що входять у неї. Таблицю спостережень. Розрахунок коефіцієнтів випрямлення для декількох типів діодів. Короткі висновки по роботі. Література: Жеребцов И.П. Основы электроники. ( Л.: Энергоатомиздат, 1989. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. ( М.: Энергия, 1973. Виноградов Ю.В. Основы электронной и полупроводниковой техники. ( М.: Энергия, 1972. Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника. Ч.1. Электронные устройства информационной автоматики. ( К.: Выща шк., 1989. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. ( М.: Высшая школа, 1987.

Інструкція до лабораторної роботи Електроніка та мікросхемотехніка

lubkoz

25.01.2013 15:01-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись