Домашнее задание

Содержание отчета

1. Схема исследования частотных характеристик. Таблицы с результатом измерений и расчетов. Принципиальная электрическая схема трансформатора. Построить графические зависимости. Вывода.

Лабораторная работа №2

Статические характеристики полупроводниковых диодов

Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом и двумя выводами, в котором используется то или иное свойство этого перехода. Выводы присоединяются (привариваются или припаиваются) к разноименным областям электрического перехода и полученная конструкция заключается в металлический, стеклянный, пластмассовый или металлокерамический корпус. Ту сторону диода, к которой при прямом включении присоединяется положительный полюс источника питания, называют анодом, а другую сторону, соединяемую, соответственно, с отрицательным полюсом, – катодом.
В зависимости от функционального назначения различают: выпрямительные диоды; лавинные диоды; выпрямительные столбы; выпрямительные блоки и сборки; универсальные и импульсные диоды; диоды с накоплением заряда; диодные матрицы и сборки; стабилитроны; стабисторы; ограничители напряжения; генераторы шума; варикапы; варакторы; обращённые диоды; свч-диоды; и другие. В зависимости от площеди перехода (линейные размеры размеры p-n-перехода значительно превосходят толщину самого перехода) – плоскостные и точечные. В зависимости от полупроводникового материала – германиевые, кремниевые, из арсенида галлия и др. В зависимости от принципа действия – лавинно-пролетный; туннельные, диод Шотки, излучающий (светодиоды видимого и инфрокрасного диапазона), диод Ганна, фотодиоды.
Система обозначения диодов стандартизована. Маркировка полупроводниковых диодов в виде буквенно-цифрового кода или цветового штрихкода несет информацию о назначении диода, его основных электрических параметрах, типе исходного полупроводникового материала, конструктивно-технологических особенностях и т.п. Стандартизовано и условное графическое изображение диодов на электрических схемах (рис. 2).

Рис. 2. Условное обозначение диодов: выпрямительные диоды (а), стабилитроны (б), стабилитроны двусторонние (в), ограничители напряжения (г), ограничители напряжения двусторонние (д), туннельные диоды (е), обращенные диоды (ж), диоды Шоттки (з), варикапы (и), варикапные сборки с общим выводом катодов (к), светодиоды (л), фотодиоды (м)
Вольтамперная характеристика (ВАХ) р-п перехода представляет собой зависимость тока через р-п переход от величины и полярности приложенного напряжения. Аналитически ВАХ представляется экспоненциальной зависимостью
(1)
где I₀ – обратный ток коллектора, A, для кремневых устройств I₀ = 10^–11 … 10^–6; _t – температурный коэффициент обратного тока; U – напряжение приложенное к р-п переходу; _t = 0,09...0,05 град^–1 для германиевых транзисторов (диодов) и _t = 0,13...0,07 град^–1 для кремниевых транзисторов (диодов); T₀ = 293 K комнатная температура; T – абсолютная температура; m – поправочный коэффициент (m = 1  2); φ_t – термический потенциал, выражающийся в виде φ_t = kT/e, где k = 1,3810^–23 – постоянная Больцмана; e = 1,610^–19 – заряд электрона.
Семейство вольтамперных характеристик германиевого и кремниевого диодов (рис. 1), иллюстрирует формулу (1) и дает наглядное представление об основных статических параметрах диодов и влиянии на них температуры. Видно, что обратный ток диодов заметно увеличивается с ростом температуры. Однако, если для германиевых диодов такое увеличение может привести к соизмеримости прямых и обратных токов и снизить качество выпрямления переменного напряжения, то для кремниевых диодов вследствие малости обратных токов с их ростом, вообще говоря, можно не считаться. Для приближенной оценки зависимости обратного тока от температуры можно считать, что с увеличением температуры обратный ток германиевых диодов удваивается на каждые 10 °С, у кремниевых диодов это увеличение несколько выше – в 2,5 раза.



Рис. 9.8. Модели диода: а – управляемый напряжением U_АК переключатель; б – уточненная по ВАХ диода при I₀  0 и U_AC  0
Рис. 1. Вольт-амперные характеристики германиевых (а) и кремниевых (б) выпрямительных диодов при различных температурах
Модель диода как идеального ключа рис. 8, а, достаточна для анализа работы некоторых устройств, например выпрямителей, но не учитывает I₀, падения напряжения и наклон ВАХ при прямом смещении, динамических свойств диода. Более точной аппроксимации ВАХ диода соответствует модель на рис. 8, б, в которой ключ показан для U_AC > 0,7 В (при прямом смещении). При U_AC  0,7 В ключ переводится в нижнее положение. R_rev символизирует высокое сопротивление обратносмещенного перехода (R_rev = 10⁵  10⁹ Ом); L – индуктивность выводов диода; С_dif – диффузионная емкость, обусловленная накоплением зарядов в объеме диода и проявляющаяся при прямом смещении; R_dif – дифференциальное сопротивление прямосмещенного диода. R_dif = dU_AC/dI и может быть найдено из