 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Излучающий диод (светодиод).
Лабораторная работа № 1 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА Цель работы: исследование напряжения и тока диода при прямом и обратном смещении р-n-перехода, построение и исследование вольтамперной характеристики (ВАХ) полупроводникового диода, исследование сопротивления диода при прямом и обратном смещении по вольтамперной характеристике Теоретические сведения Диод – полупроводниковый прибор с одним p-n переходом и двумя выводами, обладающий вентильным свойством (ток в одном из направлений проводится значительно лучше, чем в другом). Структура полупроводникового диода с электронно-дырочным переходом и его условное графическое обозначение приведены на рис. 1, а, б.
а б Рис. 1 p-n переход возникает в небольшой зоне соединения полупроводника p-типа и полупроводника n-типа, в которой происходит диффузия электронов из n-области в p-область. Этот процесс продолжается до тех пор, пока на границе p-n перехода в обе стороны не возникает область, свободная от основных носителей (свободных дырок или электронов примеси), которая называться обеднённой. Кроме того, на подложке присутствуют ещё и не основные носители зарядов, возникающие в результате тепловых процессов. В обеднённой зоне возникает внутренняя ЭДС, которая называется потенциальным барьером, препятствующая дальнейшему движению электронов через p-n переход при достижении равновесия. Для того, чтобы преодолеть барьер, необходимо подключить внешний источник ЭДС. Вольт-амперная характеристика диода(зависимость тока, протекающего через диод от приложенного к нему напряжения) описывается выражением:
где: IS – значение тока насыщения, теплового или обратного тока. UД – напряжение на p-n переходе (на диоде). φt = k*T/q – тепловой потенциал, равный контактной разности потенциалов на границе p-n перехода при отсутствии внешнего напряжения (при нормальной температуре φt= 0.025В). k – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура, q – заряд электрона.
Рисунок 2 – ВАХ диода. С повышением температуры полупроводника концентрация неосновных носителей повышается, что приводит к увеличению как прямого, так и обратного токов p-n-перехода. Полупроводниковый диод характеризуется статическим и дифференциальным (динамическим) сопротивлениями, легко определяемыми по ВАХ. Дифференциальное сопротивление (RД) численно равно отношению бесконечно малого приращения напряжения к соответствующему приращению тока в заданном режиме работы диода и может быть определено графически как котангенс угла А на ВАХ. Статическое сопротивление (Rст) численно равно отношению напряжения на элементе Ue к прошедшему через него току Ie (Рисунок 2). При прямом включении источника питания обеднённая зона в полупроводнике сужается, а при значительном напряжении почти совсем пропадает (прямое смещение) – прямая ветвь ВАХ диода. При этом на p-n переходе присутствует постоянное падение напряжения (0,1-0,2)B для германия и 0,6В – для кремния. Ток через диод в данном случае можно определить по формуле:
При обратном включении источника питания обедненная область p-n перехода увеличивается, расширяя границу раздела и тем самым препятствуя прохождению тока (обратная ветвь ВАХ p-n перехода). Здесь происходит обратное смещение p-n перехода. Ток через диод определяется как:
Классификация диодов Все диоды можно разбить на две большие группы – выпрямительные и специальные. Выпрямительный диодиспользует вентильные свойства p-n перехода и применяется в выпрямителях переменного тока. Он представляет собой электронный ключ, управляемый приложенным к нему напряжением. При прямом напряжении ключ замкнут, а при обратном – разомкнут. Однако в обоих этих случаях ключ не является идеальным. При подаче прямого напряжения за счёт падения напряжения Uпр на открытом диоде выпрямленное напряжение, снимаемое с нагрузки, несколько ниже входного напряжения. Значение Uпр для открытых германиевых диодов порядка 0.5В, а для кремниевых – 1.5В. Основными параметрами выпрямительных диодов являются: Iпр ср max – максимальное (за период входного напряжения) значение среднего прямого тока диода; Uобр доп – наибольшее допустимое значение постоянного обратного напряжения диода; fmax – максимальная допустимая частота входного напряжения; Uпр – прямое падение напряжения на диоде при заданном прямом токе; Umax –максимальное обратное напряжение на диоде. Диод Шотки. Выполнен на выпрямляющем переходе некоторых видов металла с полупроводником. Его отличает меньшее, чем у диодов с p-n переходом, напряжение Uпр и более высокие частотные характеристики. Применяется для увеличения быстродействия импульсных(ключевых) схем. Стабилитрон. Полупроводниковый прибор, сконструированный для работы в режиме электрического пробоя, так называемом лавинном пробое(для кремниевого стабилитрона пробой наступает при Uобр=5В). В указанном режиме при значительном изменении тока стабилитрона напряжение изменяется незначительно(стабилизируется). К основным параметрам стабилитрона относятся: Uст – номинальное напряжение стабилизации при заданном токе; Rд – дифференциальное сопротивление при заданном токе; Iст – ток стабилизации; Pст – рассеиваемая мощность; Iст = (E-Uст)/R; Pст=Iст*Uст; Варикап. Полупроводниковый диод, который работает как переменная ёмкость. При подаче на него обратного напряжения, возникает барьерная ёмкость, которая уменьшаеться с увеличением этого напряжения по модулю.
Рисунок 3 – зависимость ёмкости варикапа от обратного напряжения. Туннельный диод. Занимает особое место среди полупроводниковых диодов из-за свойственной ему положительной обратной связи по напряжению и хороших динамических свойств. Его ВАХ имеет участок отрицательного дифференциального сопротивления (участок CD).
Рисунок 4 – ВАХ туннельного диода. Излучающий диод (светодиод). Полупроводниковый диод, излучающий из области p-n перехода кванты энергии. По характеристике излучения светодиоды делятся на две группы: - диоды с излучением в видимой области спектра - светодиоды; - диоды с излучением в инфракрасной области спектра, получившие название ИК - диоды. Принцип действия обоих групп диодов одинаков и базируется на самопроизвольной рекомбинации носителей заряда при прямом токе через выпрямляющий электрический переход. Известно, что рекомбинация носителей заряда сопровождается освобождением кванта энергии. Спектр частот последнего определяется типом исходного материала. Светодиоды применяются и световых индикаторах, а ИК-диоды – в оптоэлектронных устройствах. Фотодиод. Полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на использовании внутреннего фотоэффекта – генерации в полупроводнике под действием света (фотонов) свободных носителей заряда. Фотодиод используют для преобразования светового излучения в электрический ток. Условно-графические обозначения диодов приведены на Рисунке 5.
Рисунок 5 – УГО диодов. 1. Выпрямительный или импульсный диод. 2. Стабилитрон. 3. Варикап. 4. Туннельный диод. 5. Излучающий диод. 6. Фотодиод.
Порядок проведения работы Выбрать диод из таблицы
Источник тока находится в группе «Sources» (второй ряд сверху на панели инструментов), вольтметр – в группе «Indicators», диоды – в группе «Diodes». Типы диодов выберите из табл. 1 согласно номеру рабочего места. Все диоды можно найти в библиотеке «Motorol1». Ток источника и тип диода могут быть заданы следующим образом: • выделите элемент, совместив указатель мыши с его изображением на схеме (при этом указатель мыши примет вид руки) и нажав левую клавишу мыши; • нажмите кнопку «Component Properties» в верхнем ряду панели инструментов; • в открывшемся окне установки свойств элемента выберите заклад- ку «Value» и наберите с помощью клавиатуры нужное значение параметра; • закройте окно установки свойств элемента, нажав в нем клавишу «ОК» или нажав клавишу «Enter» на клавиатуре. Окно установки свойств элемента можно также вызвать через контекстное меню, открывающееся при нажатии правой клавиши мыши, указатель которой совмещен с нужным элементом. Чтобы на схеме отображался ток источника и тип диода, в окне установки свойств элемента выберите в меню «Circuit» строку «Schematic Options». В открывшемся окне выберите закладку «Show/Hide» и установите опции «Show reference ID», «Show models» и «Show value». Вольтметр М1 установите в режим измерения постоянного тока (Mode DC на закладке «Value» в окне свойств элемента). Процесс моделирования запускается и останавливается нажатием клавиши «O/I» в правом верхнем углу окна программы. Процесс моделирования может быть временно приостановлен нажатием кноп- ки «Pause», расположенной ниже клавиши «O/I». При повторном нажатии кнопки «Pause» процесс моделирования будет продолжен с того шага, на котором он был остановлен. В процессе выполнения работы необходимо выполнить следующие эксперименты: |
