Описание лабораторного стенда

Базовая часть схем проведения исследований показана на лицевой панели стенда (рис. 12). Элементами схемы являются: исследуемые полупроводниковые приборы (VD1, VD2 – выпрямительные диоды, VD3– стабилитрон, VD4– туннельный диод); источник регулируемого напряжения постоянного тока (G1); генератор однополярных импульсов прямоугольной формы (G 2); токоограничивающие резисторы (R1 и R2); шунт (RS); вспомогательный диод (VD5); измерительные приборы (PA1, PA2, PV); переключатели (S2…S5).

Диоды VD1 и VD2 установлены в термостате, в котором после его прогрева автоматически поддерживается температура 60°С. Термостат включается тумблером S2. При этом загорается сигнальная лампочка HL2. Время достижения установившейся температуры в термостате составляет 20 мин.

При установке тумблера S3 в положение «Пр» схема подготавливается к исследованию ВАХ полупроводниковых приборов при прямом напряжении. При установке тумблера S3 в положение «Обр» полупроводниковые приборы исследуются при действии на них обратного напряжения.

Трехпозиционные переключатели S4 и S5 служат для изменения пределов измерения приборов PV и PA1. В положении «0» переключателя S4 вход микроамперметра PA1 шунтируется замкнутым контактом S4.

 

Расчетное задание

1. Ток насыщения  германиевого (кремниевого) p-n- пере-хода равен  () А. Вычислить и сравнить прямые напряжения на германиевом и кремниевом p-n -переходах при = 300 К, если через них протекает прямой ток  = 100 мА.

2. Германиевый диод, имеющий обратный ток насыщения = 25 мкА, работает при прямом напряжении, равном 100 мВ, и температуре = 300 К. Определить сопротивление диода постоянному току и его дифференциальное сопротивление.

3. Какая область диода (n или p) является базой, если известно, что поток дырок, инжектируемых через p-n -переход, на несколько порядков меньше потока инжектируемых электронов?

 

Рабочее задание

1. Изучить первый раздел данного лабораторного практикума.

2. Собрать схему для получения статических ВАХ исследуемого полупроводникового прибора (VD1 ,…, VD4). Для этого гнездо ST1соединить с анодом исследуемого прибора, а шунт RS закоротить. Для исключения возможности повреждения вольтметра PV при исследовании обратной ветви графика ВАХ исследуемого полупроводникового прибора переключатель S3необходимо установить в положение «». Для исключения возможности повреждения миллиамперметра PA2 при исследовании обратной ветви графика ВАХ стабилитрона VD3 переключатель S3 необходимо установить в положение «0».

3. При выключенном термостате экспериментально получить данные ВАХ полупроводниковых приборов VD1…VD3. По полученным данным построить графики этих характеристик и провести их сравнительный анализ.

4. Используя полученные ВАХ, рассчитать дифференциальные сопротивления для заданных режимов их работы.

5. Исследовать переходные процессы в диоде при воздействии прямоугольного импульса прямого тока:

а) собрать схему проведения исследований (см. рис. 6) и зарисовать осциллограмму напряжения на исследуемом диоде (VD1, VD2);

б) по осциллограмме определить напряжение  на диоде, напряжение  на резистореR2 в момент появления импульса напряжения на выходе генератора G2. Сопротивление базы диода в этот момент определяется по формуле

;

в) по осциллограмме определить начальное значение  постинжекционного напряжения на диоде и времени спада  этого напряжения. Рассчитать среднее время жизни избыточных неосновных свободных носителей электрического заряда в базе по формуле

.

6. Исследовать переходные процессы в диодах VD1, VD2 при изменении полярности подаваемого на него напряжения:

а) собрать схему проведения исследований (см. рис. 9) и зарисовать осциллограмму обратного тока диода при закороченном резисторе R1;

б) при введенном в схему резисторе R1 путем регулирования напряжения на выходе источника G1 установить прямой ток диода такого значения, при котором на осциллограмме обратного тока диода наблюдается плоская вершина. Зарисовать осциллограмму и по ней определить длительность  плоской вершины тока, время установления значения обратного тока , а также  и ;

в) рассчитать время жизни избыточных неосновных свободных носителей заряда в базе (дырок в случае базы n -типа):

;

г) сравнить с результатом расчета  в п.5.

7. Провести исследования по п. 3 при прогретом термостате. Для удобства сравнения графики полученных ВАХ построить в той же системе координат, что и графики ВАХ в п. 3.

8. По данным п.п. 3 и 7 рассчитать температурный коэффициент изменения прямого напряжения диодов VD1 и VD2для заданного значения прямого тока.

 

Контрольные вопросы

 

1. Как влияет температура на проводимость собственных и примесных полупроводников?

2. Каков механизм электронной и дырочной проводимости в полупроводниках?

3. Что представляет собой p-n -переход, как он создается?

4. Какими параметрами характеризуется p-n -переход?

5.  Каковы различия вольт-амперных характеристик идеализированного и реального диодов?

6. Каковы виды пробоя p-n -перехода и физические механизмы их развития?

7. Какими параметрами характеризуются диоды и стабилитроны?

8. Какие составляющие имеет емкость p-n -перехода, как она зависит от режима его работы?

9. Как зависят параметры полупроводниковых диодов от температуры?

10.  Как происходит переходный процесс запирания диода при изменении полярности напряжения с положительной на отрицательную?

11.  Как определяется среднее время жизни неосновных свободных носителей заряда в базе диода по данным проводимых в работе исследований?

12.  Как изменяется концентрация свободных носителей заряда в базе диода при мгновенном изменении полярности напряжения с положительной на отрицательную?

13.  Как происходит процесс отпирания диода при подаче напряжения прямой полярности?

14.  Как определяется контактная разность потенциалов в p-n -переходе?

 Лабораторная работа 2