Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Чувашский государственный университет им. И. Н. Ульянова» Факультет радиоэлектроники и автоматики ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ Выполнили студенты Группы РЭА-31-22 Зорин А.С., Шайкин В.С., Иванов К.Р., Димитриев К.А. Проверил: Григорьев В. Г. Чебоксары 2023 Цель работы: Изучить принцип действия полупроводниковых диодов, ознакомится с методами исследований их статистических и динамических характеристик и параметров. Теоретические сведения: Основой полупроводниковых устройств является электронно- дырочный переход (p–n-переход). Это переходный слой между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электропроводность pтипа, а другая – n-типа. P–n-переход получают в едином кристалле полупроводника путем легирования его донорной и акцепторной примесями. Слева от границы раздела (рис. 1.1) электронов меньше, чем справа, поэтому они стремятся диффундировать в р-область. Рис. 1.1 – Схематичный p-n переход Попадая в р-область, они рекомбинируют с дырками, и их концентрация быстро снижается. Аналогично дырки переходят в n-область и тоже рекомбинируют с электронами. В силу этого имеет место ток диффузии направление которого совпадает с направлением диффузии дырок. Между p- и n-областями создается разность потенциалов 𝑈кн , которая называется контактной. Для германиевых p–n-переходов 𝑈кн = 0,3–0,4 В, для кремниевых – 𝑈кн = 0,7–0,8 В. Это поле препятствует диффузии основных носителей в соседнюю область, создавая потенциальный барьер. Наибольшее применение нашли диоды кремниевые, германиевые, диоды с барьером Шоттки, а в аппаратуре, работающей при высоких температурах, – селеновые и титановые выпрямители. Стабилитроном называется полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя при обратном смещении слабо зависит от тока в заданном его диапазоне и который предназначен для стабилизации напряжения. Вольт-амперная характеристика стабилитрона характерна для сплавных диодов с базой, изготовленной из высоколегированного (низкоомного) полупроводникового материала. Создается узкий p–n-переход, обеспечивающий электрический пробой при низких обратных напряжениях. В качестве стабилитронов используются кремниевые диоды, поскольку у германиевых электрический пробой быстро переходит в тепловой. Стабилитроны подключаются параллельно нагрузке, и, как правило, смещены в обратном направлении. Схемы для проведения исследований статистических ВАХ диода (рис. 1.2) содержит источник постоянного тока (G1) с регулируемым входным напряжением, приборы (PV, PA) для измерения напряжения на исследуемом диоде (VD) и протекающего через него ток. Рис. 1.2. – Схемы: а – прямого подключения диода; б – схема обратного подключения диода Д226 U,В I, А 1,1 0,074 1 0,047 0,9 0,024 0,75 0,003 0,5 0,001 -0,32 -0,005 -0,5 -0,015 -0,75 -0,03 -0,9 -0,05 Д7Ж U,В I, А 0,5 0,08 0,45 0,063 0,4 0,042 0,35 0,026 0,25 0,007 -0,32 -0,005 -0,5 -0,006 -1 -0,01 -2 -0,02 0,1 Д226 Д7Ж 0,08 0,06 0,04 0,02 0 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 -0,02 -0,04 -0,06 0,5 1 1,5 Д226 U,В I, А 0,004 0,001 Д7Ж U,В I, А 0,004 0,002 0,03 0,0003 0,02 0,0002 0,01 0,0002 0,06 0,00037 0,025 0,0003 0,09 0,001 0,04 0,0005 0,1 0,002 0,05 0,001 0,11 0,003 0,05 0,002 0,12 0,004 0,05 0,003 0,15 0,005 0,05 0,004 0,17 0,006 0,06 0,005 0,006 Д7Ж Д226 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0 0 Д815Г U,В I, А 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 1 0,9 0,85 0,7 0,5 -0,25 -0,5 -0,75 -1 -1,14 -1,15 -1,16 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 -0,005 -0,008 -0,01 -0,01 -0,02 -0,03 -0,04 0,06 Д815Г 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 -1,5 -1 -0,5 -0,01 -0,02 -0,03 -0,04 -0,05 0 0,5 1 1,5 Вывод В ходе выполнения данной лабораторной работы были изучены принцип действия полупроводниковых диодов. Так же было выявлено, что: Вольт-амперная характеристика сильно зависит от температуры. С ростом температуры диода растет тепловой ток, что увеличивает ток обратный. Прямой ток диода также растет из-за теплового тока Iо, но при больших прямых токах большую роль играет проводимость кристалла, а она при росте температуры снижается. У кремниевых диодов с ростом температуры растет напряжение лавинного пробоя. С ростом температуры стабилитрона растет напряжение стабилизации.