Краткие сведения из теории. Полупроводниковые диоды

Лабораторная работа № 8

Полупроводниковые диоды

1. Исследование напряжения и тока диода при прямом и обратном смещении р-п перехода.

2. Построение и исследование вольтамперной характеристики (ВАХ) для полупроводни­кового диода.

3. Исследование сопротивления диода при прямом и обратном смещении по вольтампер­ной характеристике.

4. Анализ сопротивления диода (прямое и обратное смещение) на переменном и постоянном токе. 3L

5. Измерение напряжения изгиба вольтамперной характеристики.

Краткие сведения из теории

Одним из достоинств Elecrtronics Workbench является возможность смоделировать ситуации, возникающие при самых различных уровнях приборной оснащенности исследователя, освоить методики измерения, соответствующие этим уровням. Рассмотрим эти ситуации на примере измерения вольтамперной характеристики полупроводникового диода.

Начинающий радиолюбитель может иметь всего лишь один универсальный прибор - мультиметр (который мы привыкли называть тестером), но и в этом случае можно снять вольтамперную характеристику (ВАХ) диода или любого другого нелинейного двухполюсника.

Проще всего в этом случае измерять напряжение на диоде в схеме рис. 9.1, подсоединяя – к диоду через резистор источники напряжения различной величины. Ток диода при этом можно вычислять из выражения:

где I_пр ~ ток диода в прямом направлении,

Е - напряжение источника питания,

U_пp - напряжение на диоде в прямом направлении.

Изменив полярность включения диода в той же схеме рис. 9.1, можно снять ВАХ диода по той и же методике и в обратном направлении

I_об ~ ток диода в обратном направлении,

U_об ~ напряжение на диоде в обратном направлении.

Точность при таких измере­ниях оставляет желать лучшего из-за разброса сопротивлений у резисторов одного номинала. И если Вы хотите получить более точную характеристику, исполь­зуя только один мультиметр, не­обходимо сначала измерить на­пряжение в схеме рис. 9.1, а за­тем ток в схеме рис. 9.2. При этом можно пользоваться по-прежнему только мультиметром, подключая его то как вольтметр, то как амперметр.

Гораздо быстрее можно выполнить эту работу, если у Вас имеется и вольтметр и амперметр. Тогда, включив их по схеме рис. 9.3, можно сразу видеть ток и напряжение на табло этих приборов. Вольтамперная характеристика (ВАХ) может быть получена путем измерения напряжений на ди­оде при протекании различных токов за счет изменения напряжения источника питания V_s.

И наконец, наиболее быстро и удобно можно исследовать ВАХ, непосредственно наблюдая ее на экране осциллографа (рис. 9.4). При таком подключении координата точки по горизонтальной оси осцил­лографа будет пропорциональна на­пряжению, а по вертикальной - току через диод. Поскольку напряжение в вольтах на резисторе 1 Ом численно равно току через диод в амперах (I=U/R=U/1=U), по вертикальной оси можно непосредственно считы­вать значения тока. Если на осцил­лографе выбран режим В/А, то величина, пропорциональная току через диод (канал В), будет откладываться по вертикальной оси, а напряжение (канал А) - по горизонтальной. Это и позволит получить вольтамперную характерис­тику непосредственно на экране осциллографа.

При получении ВАХ диода с помощью осциллографа на канал А вместо точного напряжения на диоде подается сумма напряжения диода и напряжения на резисторе 1 Ом. Ошибка из-за этого будет мала, так как падение напряжения на резисторе будет значительно меньше, чем напряжение на диоде. Для более точ­ного измерения напряжения можно измерять ток с помощью датчика тока (см. приложение 1).

Из-за нелинейности диода его нельзя характеризовать величиной сопротивления, как линейный рези­стор. Отношение напряжения на диоде к току через него U/I, называ­емое статическим сопротивлением, зависит от величины тока. В ряде

применений на существенную постоянную составляющую тока диода накладывается неболь­шая переменная составляющая (обычно при этом говорят, что элемент работает в режиме ма­лых сигналов). В этом случае интерес представляет дифференциальное (или динамическое) со­противление dU/dt. Величина динамического сопротивления зависит от постоянной составляющей тока диода, определяющей рабочую точку на характеристике.