Тема роботи icon

Тема роботи




Скачати 82.22 Kb.
НазваТема роботи
Дата04.06.2012
Розмір82.22 Kb.
ТипДокументи

Лабораторна робота 3-15


ДОСЛІДЖЕННЯ p-n ПЕРЕХОДУ У НАПІВПРОВІДНИКОВОМУ ДІОДІ


Тема роботи:

Напівпровідники.

Мета роботи:

  1. Вивчити фізичні основи роботи напівпровідникового діода.

  2. Визначити вольт-амперну характеристику напівпровідникового діода.


Технічне обладнання


Напівпровідниковий діод, випрямляч ВУП-2, вольтметр на 150 В, міліамперметр на 100 мА, мікроамперметр на 100 мкА, реостат на 5 кОм, подвійний перекидний ключ, сполучні провідники.


^ Загальні вказівки


Напівпровідниковий діод складається з двох областей напівпровідника, одна з яких має р-провідність, а друга п-провідність. В якості напівпровідникового матеріалу застосовують кремній або германій. Призначення діодів – випрямляння змінного струму. Основним елементом напівпровідникового діода є тонкий межовий шар (або р-п перехід) між двома частинами одного й того ж монокристалу, що мають різну провідність.

Основними носіями зарядів у р-області є позитивні дірки, основними носіями зарядів у п-області – електрони (докладно про р- і п- провідність напівпровідників читайте у загальних вказівках до лабораторної роботи 3.14). Крім цього, в р-області присутня відносно невелика кількість неосновних носіїв зарядів – електронів, а в п-області – дірок.

Генерація неосновних носіїв обумовлена тепловими переходами електронів з валентної зони в зону провідності. На межі двох областей напівпровідника відбувається дифузія основних носіїв зарядів: електронів у р-область, дірок у п-область. Дифундуючи назустріч одне одному, електрони та дірки рекомбінують, унаслідок чого кількість носіїв зарядів у межовому шарі меншає, і опір його збільшується. Рекомбінація носіїв зарядів у межовому шарі спричиняє те, що в ньому виникає подвійний електричний шар, утворений нескомпенсованими негативними зарядами іонів акцепторів у р-області та нескомпенсованими позитивними зарядами іонів донорів у п-області (рис. 1). Електричне поле подвійного шару зарядів перешкоджає подальшим дифузійним переходам, на межі двох областей напівпровідника виникає потенціальний бар’єр.

Діаграму енергетичних зон обох половин діода наведено на рис. 2. Для стану рівноваги (за відсутності зовнішнього електричного поля) рівні Фермі ЕФ для обох областей знаходяться на одній висоті. Енергетичні зони в області переходу викривляються, бо потенціал р-області менший за потенціал п-області.

Потенціальна енергія електронів Ее в р-області більша, ніж у п-області, потенціальна енергія дірок Ед в п-області більша, ніж у р-області. Верхня межа валентної зони співпадає з ходом потенціальної енергії електрона в області переходу.

У стані рівноваги деяка кількість електронів і дірок дифундує через потенціальний бар’єр завширшки і створює струм основних носіїв Іо. Цей струм компенсується струмом неосновних носіїв Ін у зворотному напрямі (рис. 3а).



Рис. 3.


Якщо до р-області діода прикласти додатний потенціал, а до п-області – від’ємний (пряма напруга), то потенціал р-області збільшиться, потенціальна енергія дірок Ед у цій області теж збільшиться, а потенціальна енергія електронів Ее зменшиться (рис. 3б). В п-області потенціал зменшується, потенціальна енергія дірок Ед теж зменшується, а потенціальна енергія електронів Ее збільшується. Висота потенціального бар’єра та ширина його зменшуються, струм основних носіїв Іо збільшується, а струм неосновних носіїв Ін практично не змінюється. В результаті через р-п перехід тече результуючий струм Іо – Ін > 0 у прямому напрямі. Отаку напругу, полярність якої співпадає зі знаками зарядів основних носіїв, називають прямою напругою на діоді, а струм, що тече через р-п перехід від р-області до п-області, називають прямим струмом.

При зміні знака потенціалу (рис. 3в) висота та ширина потенціального бар’єру збільшуються, і струм неосновних носіїв Ін стає більшим від струму основних носіїв Іо. В результаті через р-п перехід тече результуючий струм Іо – Ін < 0 у зворотному напрямі. Таку напругу, полярність якої не співпадає зі знаками зарядів основних носіїв, називають зворотною (або непропусною) напругою на діоді, а струм, що тече через р-п перехід від п-області до р-області, називають зворотним струмом. Зворотний струм обумовлений неосновними носіями зарядів, і він у сотні й тисячі разів менший за прямий струм. Практично струм через р-п перехід тече тільки в одному – прямому – напрямі.


^ Метод вимірювання


На рис. 4 показано, як змінюється з часом t сила струму І через напівпровідниковий діод, якщо до діода прикласти змінну напругу U. Діод пропускає струм в обох напрямах, однак величина зворотного струму у порівнянні з величиною прямого струму мізерна. Вольт-амперну характеристику напівпровідникового діода показано на рис. 5.




Рис. 4. Рис. 5.


Відношення прямого струму Іпр до зворотного струму Ізв, які діод пропускає при однакових за величиною прямій і зворотній напругах, називають коефіцієнтом випрямляння К діода:

. (1)

Це відношення рівне відношенню опору діода Rзв зворотному струму до опору діода Rпр прямому струму.

На рис. 6 показано схему електричного кола для дослідження р-п переходу у напівпровідниковому діоді в цій роботі. Напругу на діод подають з регульованого виходу (клеми 0 і 250 В) випрямляча ВУП-2. Рухомий контакт реостата встановлюють на середині його обмотки. Для вимірювання прямих струмів застосовано міліамперметр, для вимірювання зворотних – мікроамперметр. Діод і клеми для його під’єднання укріплено на окремій панелі. Перекидним подвійним ключем П змінюють полярність напруги, яку подають на діод. Опір діода прямому струмові дуже малий, і тому величину прямої напруги до подачі її на діод треба встановлювати при розімкнутому перекидному подвійному ключі П. Взагалі маніпуляції з перекидним подвійним ключем П у цій роботі потребують належної уваги.




Рис. 6.




Порядок виконання роботи

  1. Складіть електричне коло за схемою на рис. 6. Правильність кола має перевірити керівник заняття.

  2. Повзунок реостата R поставте посередині його обмотки. Розімкніть перекидний подвійний ключ П. Регулятором напруги випрямляча ВУП-2 збільшуйте напругу, доки покази вольтметра сягнуть значення 100 В. Якщо регулятор напруги випрямляча ВУП-2 дійшов до крайнього правого положення, тобто подається можливий максимум напруги, а покази вольтметра менші за 100 В, то збільшуйте рухомим повзунком реостата його опір, доки покази вольтметра сягнуть потрібного значення, і залиште повзунок у знайденому положенні.

  3. Верніть регулятор напруги випрямляча ВУП-2 на нуль (крайнє ліве положення). При відсутній напрузі на діоді (0 В) замкніть перекидний ключ П спочатку у пряме положення, потім у зворотне. Міліамперметр і мікроамперметр при цьому мають показувати нуль. Запишіть результати у табл. 1.

  4. Розімкніть ключ ^ П і регулятором напруги випрямляча ВУП-2 встановіть напругу 5 В. Замкніть ключ П у пряме положення і виміряйте прямий струм міліамперметром. Перемкніть ключ П у зворотне положення і виміряйте зворотний струм мікроамперметром. Запишіть результати у табл. 1. Так само виміряйте величини прямого і зворотного струмів для всіх наступних значень напруги, вказаних у табл. 1, щоразу розмикаючи перекидний ключ П, коли встановлюєте величину напруги.

  5. Завершивши вимірювання, поставте регулятор напруги випрямляча ВУП-2 на нуль, вимкніть випрямляч спершу тумблером, а тоді з розетки.

  6. За формулою (1) обчисліть значення коефіцієнта випрямляння К для всіх значень напруги.

  7. Побудуйте графік вольт-амперної характеристики діода, вважаючи значення прямих струму й напруги додатними, а значення зворотних струму й напруги – від’ємними (при цьому графік буде в 1-й і 3-й координатних чвертях, див. рис. 5).


Таблиця 1

Uпр > 0, В

0

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Iпр > 0, мА





































Uзв < 0, В

0

-5

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-70

-80

-90

-100

Iзв < 0, мкА





































К






































^ Контрольні питання


  1. Які домішки до напівпровідників називають донорами? Чим обумовлена п-провідність домішкових напівпровідників?

  2. Які домішки до напівпровідників називають акцепторами? Чим обумовлена р-провідність домішкових напівпровідників?

  3. З яких елементів складається напівпровідниковий діод? Що називають р-п переходом діода?

  4. Що являють собою неосновні носії зарядів у р-області і в п-області діода, і чим обумовлена генерація неосновних носіїв зарядів?

  5. Яку напругу на р-п переході називають прямою і яку – зворотною?

  6. Як впливає пряма і зворотна напруга на енергію електронів і дірок в області р-п переходу?

  7. Чим зумовлений зворотний струм через р-п перехід і як залежить він від величини прикладеної до р-п переходу зворотної напруги?

  8. Намалюйте і поясніть залежність від часу змінної напруги і струму, який тече через діод при подаванні на нього такої напруги.

  9. Що називають коефіцієнтом випрямляння струму, і як залежить він від опору р-п переходу прямому і зворотному струмам?


Укладачі: Єлізаров О.І., Єлізаров М.О.

кафедра фізики КНУ ім. М.В. Остроградського, Кременчук, 2011.

Схожі:

Тема роботи iconТема науково-дослідної роботи. Розділ, що зараз виконується. Звіти з науково-дослідної роботи
Тема Інтегративні технології формування І розвитку професійних та особистісних якостей фахівців
Тема роботи iconТема І. Завдання і зміст науково-дослідної роботи > І. І. Завдання курсу науково-дослідної роботи та її види > Організація і гігієна наукової праці Тема Наукова робота і творчість
Основні принципи збирання матеріалу і його особливості в економічних дослідженнях
Тема роботи iconРоботи
Тема роботи Вибір маркетингових стратегій розвитку підприємства в умовах ринку
Тема роботи iconРоботи
Тема роботи Вибір маркетингових стратегій розвитку підприємства в умовах ринку
Тема роботи iconДокументи
1. /Методичн_ рекомендац_х для самост_йнох роботи студент_в-2009/Тема 10/Пед_атр_я-студ..doc
Тема роботи iconVI. завдання для самостійної роботи змістовий модуль І теоретико-методологічні засади здоров’язбережувальних технологій фізичного виховання дітей в днз тема
Тема Предмет та основні поняття курсу «Оздоровчі технології та діагностичні методики розвитку дітей» – 6 год
Тема роботи iconМетодична розробка з підготовки і роботи на лабораторному занятті №26 для студентів фармацевтичного факультету (спеціальність фармація) Тема: Коринебактерії дифтерії.
Тема: Коринебактерії дифтерії. Бордетели кашлюка. Морфологія та біологічні властивості. Мікробіологічна діагностика захворювань
Тема роботи iconТема Теоретичні та організаційні основи фінансового менеджменту
Тема Тема Визначення вартості грошей у часі та її використання у фінансових розрахунках
Тема роботи iconТема Машини для післязбирального обробітку урожаю. Технологічні процеси роботи машин для очищення І сортування сільськогосподарських культур. Сушіння сільськогосподарських продуктів. Випробування сільськогосподарської техніки Тема 2
Розглянуто І затверджено на засіданні вченої ради інституту механізації І електрифікації сільського господарства
Тема роботи iconТема Машини для післязбирального обробітку урожаю. Технологічні процеси роботи машин для очищення І сортування сільськогосподарських культур. Сушіння сільськогосподарських продуктів. Випробування сільськогосподарської техніки Тема 2
Розглянуто І затверджено на засіданні вченої ради інституту механізації І електрифікації сільського господарства
Тема роботи iconТема Машини для післязбирального обробітку урожаю. Технологічні процеси роботи машин для очищення І сортування сільськогосподарських культур. Сушіння сільськогосподарських продуктів. Випробування сільськогосподарської техніки Тема 2
Розглянуто І затверджено на засіданні вченої ради інституту механізації І електрифікації сільського господарства
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи