Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
НП діоди
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
КБРЗ
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Лабораторна робота №2
«Дослідження напівпровідникових діодів»
Мета роботи: вивчення принципу роботи та основних властивостей основних типів напівпровідникових діодів, які застосовуються в електронній техніці, експериментальне визначення їх характеристик та параметрів.
1. Основні теоретичні положення
Основою багатьох типів напівпровідникових діодів є електронно-дірковий перехід. Електронно-дірковим, або pn-переходом навивається тонкий перехідний шар, утворений на межі між двома контактуючими між собою ділянками напівпровідника, одна з яких має елект ронну, або n-провідніоть, а друга - діркову, або p-провідність. Якщо ліній ні розміри переходу, які визначають його площу, набагато перевищують його тов щину, то такий перехід називають площинним, в противному разі перехід називають точковим.
Розглянемо фізичні процеси, які відбуваються в площинному переході між різко вираже ними областями з n- та р-провідністю, створеними в монокристалі напівпро відника (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Монокристал напівпровідника з областями p- та n-провідності
Концентрація електронів в n-області напівпровідника (основних носіїв зарядів n-області) є набагато більшою, ніж в p-області, для якої вони є неосновними носіями зарядів. Концентрація дірок в р-області напівпровідника (основних носіїв зарядів р-області) є набагато більшою, ніж в n-області, для якої вони є неосновними носіями зарядів. Завдяки існуючому градієнтові (перепадові) концентрації основних носіїв зарядів між областями розпочнеться дифузія основних носіїв зарядів із області з високою концентрацією в область з низькою концентрацією, тобто електронів з n-області в р-область і дірок з р-добласті в n-область. Основні носії зарядів, які перейдуть через межу в сусідню область, стають в ній неосновними і рекомбінують з її основними но сіями зарядів, що приводить до утворення з обох сторін межі між р і n областями двох шарів нескомпенсованих зарядів іонів домішок: негативних іонів акцепторних домішок в р-області та позитивних іонів донорних домішок в n-області (рис. 1.2,а). Ці два шари іонів збіднені основними носіями зарядів і мають дуже малу електропровідність. Вони власне і утворюють pn-перехід.
Просторові заряди іонів приграничних шарів створюють внутрішнє електричне поле pn-переходу, направлене від n- до р-області. В pn-переході виникає різ ниця потенціалів, яку називають контактною рівницею потенціалів (кo, або потенціальним бар'єром (рис. 1.2,б). Потенціальний бар'єр перешкоджає подаль шій зустрічній дифузії основних носіїв заядів. При кімнатній температурі лише невелика кількість основних носіїв зарядів має достатню енергію для подолання потен ціального бар'єру і продовження дифузійного руху через pn-перехід. Якраз такі носії і створять дифузійний струм Ідиф, через перехід, який е направ лений від р- до n-області напівпровідника.
Рис. 1.2. Електронно-дірковий перехід при відсутності зовнішньої напруги (а) та його потенціальна діаграма (б)
Рівночасно з гальмівним впливом на основні носії зарядів контактна різниця по тенціалів створює умови для безперешкодного руху через pn-перехід неос новних носіїв зарядів - електронів з р-області в n-область та дірок n-області в р-область. Неосновні носії зарядів створюють дрейфовий струм Ідр, направ лений від n- до р-області.
Таким чином, в ізольованому напівпровіднику через pn-перехід проходять два однакові зустрічно направлені струми: дифузійний струм Ідиф та дрейфо вий струм Ідр. В результаті в pn-переході установлюється динамічна рівновага, при якій ці однакові, але зустрічно направлені струми, взаємно себе компенсують, завдяки чому результуючий струм через pn-перехід дорівнює нулеві.
Якщо до pn-переходу прикласти зовнішню напругу, тоді стан динамічної рівноваги переходу порушиться.
Зовнішню напругу можна прикласти до pn-переходу прямо або у зворотньому напрямі.
У випадку прямого прикладання напруги негативний полюс джерела напруги підмикаеться до n-області напівпровідника, а позитивний - до р-області (рис. І.3). Під впливом електричного поля джерела основні носії переміща ються до межі між областями. Ширина pn-переходу зменшиться, і його опір знизиться. Полярність прямої напруги U протилежна контактній різниці потенціалів (кo, і току висота потенціального бар'єру зни зиться до значення
(к= (кo – U. (1.1)
Рис. 1.3. Пряме вмикання pn-переходу
При знижанні висоти потенціального бар'єру порушується динамічна рів новага в pn-переході і зміниться співвідношення між дифузійною та дрейфовою складовими струму, що протікають через pn-перехід.
Дифузійна складова залежить від висоти потенціального бар'єру. Знижений прямою напругою потенціальний бар'єр зможе подолати велика кількість основних носіїв зарядів і тому дифузійний струм значно збільшиться, а дрейфова скла дова не зміниться, оскільки вона практично не залежить від висоти потенціалвного бар'єру. Пряма напру га змінить лише швидкість руху неосновних носіїв, не впливаючи на їх кіль кість. Тому при прикладанні до pn-переходу прямої напруги дифузійний струм значно перевищуватиме дрейфовий струм і через перехід проходить відносно великий струм, який називають прямим струмом pn-переходу:
І = Iпр = Iдиф – Iдр ( Iдиф ( 0 (1.2)
При зворотному прикладенні напруги позитивний полюс джерела зворотної напруги підминається до n-області напівпровідника, а негативний - до р-області (рис. І.4), Під впливом електричного поля джерела основні носії від тягаються від контакту між ділянками. Ширина pn-переходу збільшиться і його опір зросте. Полярність прикладеної напруги U співпадає з контактною різницею потенціалів (кo, і тому висота потенціального бар'єру підвищиться до значення:
(к= (кo + U. (1.3)
Рис. 1.4. Зворотне вмикання pn-переходу
2. Експериментальна частина
2.1. Попередня підготовка до лабораторної роботи
1. Вивчити основні теоретичні положення з теми лабораторної роботи і дати письмові відповіді на контрольні запитання, поміщені в кінці лабораторної роботи.
2. Користуючись довідником з напівпровідникових приладів, накреслити типовий вигляд вольт-амперних характеристик та ви писати основні параметри досліджуваних діодів. Визначити допустимі межі змін їх струмів та напруг.
2.2. Послідовність проведення експериментів
Завдання 1. Провести експериментальне визначення статичних вольт-амперних характеристик (ВАХ) та параметрів заданих типів діодів. Для цього:
Зняти статичні ВАХ випрямляючих кремнієвого та германіє вого діодів, скориставшись схемами експериментів, поданих на рис. 1.9, які дозволяють провести вимірювання прямої та зворотної гілок характеристик діодів. В цих схемах використовуються: амперметр та вольтметр постійного струму і джерело регульованої постійної напруги.
Рис. 1.9. Схеми експериментів для вимірювань прямої (а) та зворотної (б) гілок ВАХ напівпровідникового діода
Результати вимірювань для кожного діода занести в табл.1.1, 1.2, 1.3 і табл. 1.4 та відобразити графічно (прямі гілки ВАХ накреслити на одному графіку, а зворотні - на іншому).
Таблиця 1.1
Результати вимірювань прямої гілки ВАХ діода марки __Д226-Si__
Iпр, мА
0
0,2
0,5
2
5
10
20
50
Uпр, В
0,082
0,533
0,579
0,652
0,704
0,748
0,798
0,881
Таблиця 1.2
Результати вимірювань прямої гілки ВАХ діода марки __Д7Б-Ge__
Iпр, мА
0
0,2
0,5
2
5
10
20
50
Uпр, В
0
0,08
0,115
0,177
0,223
0,258
0,295
0,350
Таблиця 1.3
Результати вимірювань зворотної гілки ВАХ діода марки __Д226-Si__
Uзв, B
0
1
2
5
10
12
Iзв, мкА
0
0,1
0,2
0,5
1
1,2
Таблиця 1.4
Результати вимірювань зворотної гілки ВАХ діода марки __Д7Б-Ge__
Uзв, В
0
1
2
5
10
12
Iзв, мкА
0
19,1
19,2
20,1
21,4
21,8
Завдання 2. Провести експериментальне визначення статичних вольт-амперних характеристик і параметрів паралельно з'єднаних двох діодів (рис. 1.10).
Рис. 1.10. Паралельне з’єднання двох
напівпровідникових діодів.
Для цього:
2.1. Зняти прямі гілки статичних ВАХ паралельного з'єднання двох діодів (схема експерименту така ж як і в попередньому завданні). Результати експерименту записати у табл. 1.5, 1.6 і відобразити графічно. При цьому всі експериментально зняті характеристики побудувати на одному графіку. Для порівняння на цьому ж графіку пунктиром відобразити раніше зняту статичну ВАХ одного діода.
Таблиця 1.5
Результати вимірювань прямої гілки ВАХ паралельного з'єднання двох діодів марки __Д7Б-Ge__
Iпр, мА
0
0,2
0,5
2
5
10
20
50
Uпр, В
0
0,076
0,110
0,171
0,210
0,253
0,294
0,353
Таблиця 1.6
Результати вимірювань зворотної гілки ВАХ паралельного з'єднання двох діодів марки __Д7Б-Ge__
Uзв, В
0
1
2
5
10
12
Iзв, мкА
0
20,8
21,9
22,8
24,3
24,9
Висновок: під час виконання цієї лабораторної роботи я вивчив принцип роботи та основні властивості основних типів напівпровідникових діодів, які застосовуються в електронній техніці, експериментально визначив їх характеристики та параметри.
05.11.2013 19:11-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора