Общие сведения. Исследование полупроводниковых диодов и стабилитрона

Лабораторная работа 1.

Исследование полупроводниковых диодов и стабилитрона.

1. Цель работы: экспериментальное исследование характеристик и параметров германиевого и кремниевого диодов и стабилитрона.

Общие сведения.

Полупроводниковыми диодами называют большую группу электронных приборов, принцип действия которых основан на свойствах р-n-перехода. В качестве исходного материала для изготовления диодов применяют германий и кремний. Для достижения высокого качества п/п приборов необходимо иметь исходный материал, имеющий правильную кристаллическую структуру и весьма высокую чистоту.

Добавлением примесей – донорных или акцепторных в исходный материал, получают полупроводники с дырочной проводимостью р-типа или с электронной проводимостью n-типа.

При контакте двух полупроводников с различной проводимостью в граничной области, называемой р-n-переходом, образуется тонкий запорный слой. Этот слой возникает благодаря диффузионному переходу электронов из n-полупроводника в р-полупроводник, т.е. в область, где концентрация электронов меньше. В свою очередь дырки диффундируют в область полупроводника n-типа, где концентрация дырок мала.

В процессе перехода электронов и дырок по обе стороны границы образуются слои, обедненные основными носителями зарядов. Кроме того, на границе полупроводников создается двойной электрический слой.

Диффузия прекратится, когда установится определенная контактная разность потенциалов j 0 (потенциальный барьер), препятствующая дальнейшему переходу электронов и дырок.

При подключении внешнего напряжения Е к p-n-переходу плюсом к полупроводнику n-типа, а минусом к полупроводнику р-типа обедненный слой расширится, т.к. суммарное действие поля источника Е и поля Еpn дает результирующее поле с большим потенциальным барьером, равным j = j 0 +Е. Сопротивление перехода резко возрастет. В цепи будет протекать незначительный ток, обусловленный проводимостью полупроводника за счет неосновных носителей заряда.

Если изменить полярность подключения источника, то внешнее поле Е будет уже направлено навстречу полю j и нейтрализует его. Высота потенциального барьера уменьшается j = j 0 - Е. Сопротивление перехода снижается, и с увеличением разности потенциалов ток будет возрастать примерно по экспоненциальному закону.

Описанные явления лежат в основе работы диодов, транзисторов и других п/п приборов.

Диоды применяют для выпрямления переменного тока; в цепях, где требуется одностороняя проводимость; для детектирования радиосигналов и т.д. Разновидность диодов – стабилитроны используются для стабилизации напряжения, которые работают на обратной ветви ВАХ.

2. Приборы и оборудование: лабораторная панель, германиевый диод, кремниевый диод, стабилитрон, источник питания, вольтметр, миллиамперметр.

4. Порядок выполнения работы:

4.1 Ознакомиться с приборами и оборудованием.

4.2. Собрать схему с германиевым диодом, показать преподавателю.

4.3. Снять прямую ветвь вольт-амперной характеристики (ВАХ) Iпр.=F(Uпр), увеличивая прямое напряжение с 0,1В через 0,05В и фиксируя прямой ток. Данные занести в таблицу.

4.4. Снять обратную ветвь ВАХ Iобр=F(Uобр.), увеличивая обратное напряжение через 1В и фиксируя обратный ток. (полярность подключения приборов поменять на обратное). Данные занести в таблицу.

4.5. Проделать пункты 4.2, 4.3, 4.4 для кремниевого диода.

4.6. Проделать пункты 4.2, 4.3, 4.4 для стабилитрона.

4.7. Построить ВАХ I=F(U) обоих диодов и стабилитрона на одном рисунке. Проанализировать их.

4.8. Определить напряжение стабилизации и минимальный ток стабилизации стабилитрона.

Сделать вывод о проделанной работе, ответить на контрольные вопросы.

6. Контрольные вопросы:

6.1. Назначение диода?

6.2. В чем отличие германиевого диода от кремниевого?

6.3. Основные параметры диодов?

6.4. Определение и назначение стабилитрона?

6.5. Основные параметры стабилитрона?

Таблица 1.1

Таблица 1.2

Лабораторная работа 2

Исследование биполярного транзистора.

1. Цель работы: снятие входных и выходных характеристик транзистора, включенного по схеме с ОЭ, и исследование его усилительных свойств.