Краткие теоретические сведения. Цель работы: изучить принцип действия и основные характеристики полупроводниковых приборов: диода и стабилитрона

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДИОДА И СТАБИЛИТРОНА

Цель работы: изучить принцип действия и основные характеристики полупроводниковых приборов: диода и стабилитрона.

Краткие теоретические сведения

Полупроводниковый диод представляет собой монокристалл, в котором созданы области различной проводимости: дырочной (p -типа) и электронной (n -типа). Граница между этими областями называется p-n переходом (рисунок 1.1,а). Если к кристаллу приложить напряжение так, чтобы к p -области был приложен отрицательный потенциал, а к n -области – положительный, то носители, притягиваясь к разноименным полюсам, создадут около p-n перехода область, лишенную носителей.

Рисунок 1.1 – Полупроводниковые диоды и их характеристики

Эта область как бы разрывает цепь, и ток в этой цепи отсутствует. Такая полярность напряжения называется запирающей или обратной и соответствует закрытому состоянию диода (рисунок 1.1,б).

Противоположная полярность напряжения перемещает носители навстречу друг другу, и происходит переход (инжекция) носителей в «чужую» область. В результате во внешней цепи появляется ток. Такая полярность напряжения называется прямой или отпирающей и соответствует открытому диоду (рисунок 1.1,в). Типичная вольтамперная характеристика полупроводникового диода изображена на рисунке 1.1,г. Здесь ветвь 0 а соответствует проводящему (прямому) направлению, а ветвь 0 b – непроводящему (обратному). В прямом направлении диод характеризуют допустимым током I _пр.доп. и соответствующим ему падением напряжения на диоде U _пр.max.

В обратном направлении диод характеризуют допустимым значением напряжения U _обр.max, которое может быть приложено к диоду.

Наличие у диода критического обратного напряжения, при котором наступает электрический (не тепловой) пробой, позволяет использовать полупроводниковый диод в схемах стабилизации напряжения. Одна из возможных схем стабилизации представлена на рисунке 1.2. Выходное напряжение схемы с большой точностью поддерживается на заданном уровне U _вых=const, равном критическому (пробивному) напряжению диода. Разница между входным и выходным напряжениями гасится на сопротивлении R _Г.

Если входное напряжение возрастает, то увеличивается и обратный ток диода, возрастает ток I и падение напряжения на гасящем сопротивлении R _Г. Приращения напряжений U _вх и Δ I · R _Г взаимно компенсируются, а U _вых сохраняется на заданном уровне.

Диод, используемый для стабилизации напряжения, называется стабилитроном. Недостаток данной схемы – зависимость пробивного напряжения стабилитрона, а, следовательно, и выходного напряжения U _вых от температуры. Эту зависимость можно существенно уменьшить, включив последовательно со стабилитроном компенсирующий диод в прямом направлении.

Рисунок 1.2