Лабораторна робота № 1. Міністерство Освіти і Науки України

Міністерство Освіти і Науки України

Державний вищий навчальний заклад

Донецький національний технічний університет

Методичні вказівки

до курсу "Комп`ютерна електроніка"

для студентів спеціальності 6.050102 „Спеціалізовані комп’ютерні системи (Комп’ютерні системи медичної технічної діагностики)”

затверджено

на засіданні кафедри ЕТ

протокол №6

від 26 січня 2010

затверджено

на засіданні навчально-видавничої Ради

ДВНЗ ДонНТУ

Донецьк

ДонНТУ 2011р

УДК 621.382

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Компьютерная электроника» для студентов специальности 6.050102 “Компьютерные системы диагностики в медицине и технике” /Сост. Н.Г. Винниченко, Д.Н. Кузнецов, - Донецк: ДоНТУ, 2011 – 27с. – украинский язык/

Приведені мета та задачі лабораторних робіт, порядок їх виконання, вимоги до змісту звітів, завдання на лабораторні роботи та методичні вказівки до їх виконання.

Укладачі: М.Г. Винниченко, канд.техн.наук, доцент,

Д.М. Кузнєцов, канд.техн.наук, доцент.

Відповідальний за випуск: А.А. Зорі, д.т.н., професор

Рецензет: Ю.О. Скобцов, д.т.н., професор

Лабораторна робота № 1

Дослідження напівпровідникових діодів.

Мета роботи: вивчити конструкцію та принцип дії напівпровідникових діодів різних типів, зняти вольт-амперну характеристику діода та стабілітрона, експериментально визначити параметри.

Напівпровідниковим діодом називають — напівпровідниковий прилад з одним р-n переходом та двома виводами. По функціональному призначенню діоди ділять на випрямляючі, універсальні, імпульсні, детекторні, опорні (стабілітрони), тунельні та інші.

Більшість діодів виготовляються на основі несиметричних р-n переходів. Низькоомну область діодів називають емітером, а високоомну — базою. Для створення переходів з вентельними властивостями використовують р-n, р-і, n-і переходи, а також метал — напівпровідник. В рівновісному стані через р-n перехід протікає струм, який має дві складові. Перша обумовлена дифузією основних носіїв заряду в область, де вони є неосновними, друга — дрейфом неосновних носіїв заряду теплового походження.

Ідеальна ВАХ діода при прямому включенні визначається виразом

I=I (expU/j_т-1)

де I — струм в одному напрямі через р-n перехід, який знаходиться в рівновісному стані, і називається тепловим або зворотнім струмом насичення; I expU/jт — струм дифузії основних носіїв заряду при зниженні потенційного бар’єру за рахунок прикладеної напруги.

При зворотному вмиканні збідненний шар розширюється, оскільки під дією зовнішньої напруги електрони і дірки як основні носії заряду зміщуються в різні сторони від р-n переходу. При цьому дифузійна складова струму через р-n перехід зменшується, а дрейфова складова струму не змінюється, тому що концентрація неосновних носіїв заряду визначається процесом термогенерації, а не рівнем напруги..

Результуючий струм р-n переходу буде

Iз= I (exp(-U/j_т)-1)

В реальних діодах пряма та зворотна гілки ВАХ відрізняються від ідеальної. Це обумовлено тим, що тепловий струм діодів при зворотному вмиканні складає лише частину зворотного струму, а при прямому вмиканні впливає падіння напруги на опорові бази діодів рис.1.1а. З урахуванням падіння напруги на базі діоду рівняння прямої гілки вольт-амперної характеристики буде

I= I (exp(U-I *r_б)/j_т-1)

де r_б — омічний опір бази.

При збільшенні зворотної напруги може відбутися пробій р-n переходу. Під пробоєм розуміють значне зменшення зворотного опору. Розрізняють три типи пробоїв: тунельний, лавинний і тепловий.

В основі тунельного пробою лежить тунельний ефект, тобто перехід електронів через потенціальний бар’єр, висота якого більше, ніж енергія носіїв заряду. Тепловий пробій відбувається за рахунок розігріву р-n переходу, коли кількість тепла, що виділяється струмом в р-n переході більше кількості теплоти, яка відводиться від нього. Лавинний пробій визивається ударною іонізацією, яка відбувається тоді, коли напруженність електричного поля, що визвана зворотною напругою, достатня для іонізації. При лавинному пробої напруга на р-n переході залишається постійною.

Тепловий пробій розрушує перехід, а тунельний і лавинний зворотні і використовуються в напівпроводникових діодах (опорних діодах) для стабілізації напруги. Механізм пробою може бути тунельним, лавинним або змішанним.

У низьковольтних стабілітронів більше вірогідний тунельний пробій. У стабілітроні з високоомною базою пробій являється лавинним. Матеріали, що використовуються для створення р-n переходів стабілітронів, мають високу концентрацію домішок, а тому напруженність електричного поля в р-n переході значно більша ніж у звичайних діодів. При відносно малих зворотніх напругах в р-n переході створюється сильне електричне поле, яке викликає електричний пробій. Струм через перехід змінюється в значних межах, а значення напруги залишається майже постійним рис. 1.1б.

а) Реального та ідеального діодів б.) стабілітрона

Рис.1.1 Вольт-амперні характеристики діодів