Национальный исследовательский университет Московский энергетический институт Институт Радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Лабораторная работа №1 «Статические характеристики полупроводниковых диодов» Студент: Цуркан В.А. Группа: ЭР-14-22 Преподаватель: Торина Е.М. Москва 2024 г. Цель работы: Получить экспериментальные статические характеристики германиевых и кремниевых полупроводниковых p-n диодов для области прямых токов. Получить экспериментальные статические характеристики тех же диодов для области обратных токов. По экспериментальным статическим характеристикам определить параметры нелинейных низкочастотных моделей диодов. Получить экспериментальные статические характеристики p-n переходов биполярного транзистора. рис.1 - Схема измерительных цепей Исследование прямых ветвей статических вольтамперных характеристик диодов и транзисторов. Кремниевый диод: рис.4 –прямая ветвь ВАХ кремниевого диода Расчет Is и rд : 1 2 Масштаб, мВ/Кл UI 3,7 4,0 200 UII 1,0 3,0 10 Производится выбор двух точек на графике и рассчитываются соответствующие этим точкам значения токов и напряжений: Iд1 = 1 мВ ∗ 10 = 1,9609 мА = 0,0019609 А 5.1 Кл Iд2 = 3 мВ ∗ 10 = 5,8826 мА = 0,0058826 А 5.1 Кл Uд1 = 3,7 ∗ 200 мВ = 740 мВ = 0,74 В Uд2 = 4 ∗ 200 мВ = 800 мВ = 0,80 В Сопротивление диода rд* рассчитываемся с учетом измерительного сопротивления R3. Затем из полученного значения извлекается сопротивление диода rд: rд ∗ = = Uд1 − Uд2 − φТ (lnIд1 − lnIд2 ) = Iд1 − Iд2 0,74 − 0,8 − 0,025(ln0,0019609 − ln0,0058826) = 8,296 Ом ln0,0019609 − ln0,0058826 rд = rд ∗ − R 3 = 8,296 − 5,1 = 3,196 Ом Расчёт тока насыщения Is по формуле: Iд1 Uд2 −Iд2 Uд1 + Iд2 lnIд1 − Iд1 lnIд2 φТ lnIs = = −35,184 A Iд1 − Iд2 Is = e−35,184 = 5,246 ∗ 10−16 A Германиевый диод: рис.5 – прямая ветвь ВАХ германиевого диода Расчет Is и rд: 1 2 Масштаб, мВ/Кл UI 1,8 3,75 200 UII 1,0 3,0 10 Производится выбор двух точек на графике и рассчитываются соответствующие этим точкам значения токов и напряжений: Iд1 = 1 мВ ∗ 10 = 1,9609 мА = 0,0019609 А 5.1 Кл Iд2 = 3 мВ ∗ 10 = 5,8826 мА = 0,0058826 А 5.1 Кл Uд1 = 1,8 ∗ 200 мВ = 360 мВ = 0,36 В Uд2 = 3,75 ∗ 200 мВ = 750 мВ = 0,75 В Сопротивление диода rд* рассчитываемся с учетом измерительного сопротивления R3. Затем из полученного значения извлекается сопротивление диода rд: rд ∗ = Uд1 − Uд2 − φТ (lnIд1 − lnIд2 ) = 92,443 Ом Iд1 − Iд2 rд = rд ∗ − R 3 = 92,443 − 5,1 = 87,343 Ом Расчёт тока насыщения Is по формуле: Iд1 Uд2 −Iд2 Uд1 + Iд2 lnIд1 − Iд1 lnIд2 φТ lnIs = = −13,383 A Iд1 − Iд2 Is = e−13,383 = 1,541 ∗ 10−6 A Коллекторный p-n переход биполярного транзистора: рис.6 – прямая ветвь ВАХ коллекторного p-n перехода биполярного транзистора Масштаб, мВ/Кл UI 200 UII 10 Эмиттерный p-n переход биполярного транзистора: рис.7 – прямая ветвь ВАХ эмиттерного p-n перехода биполярного транзистора Масштаб, мВ/Кл UI 200 UII 10 Выводы по исследованию прямых ветвей: открывающее напряжение у кремниевого диода больше, чем у германиевого диода, в то время, как сопротивление и ток насыщения кремниевого диода - меньше этих параметров у германиевого диода. Исследование обратных ветвей статических характеристик диодов и транзисторов. Кремниевый диод: рис.8 –обратная ветвь ВАХ кремниевого диода Масштаб, мВ/Кл UI 1 UII 100 Германиевый диод: рис.9 – обратная ветвь ВАХ германиевого диода Масштаб, мВ/Кл UI 2 UII 20 Коллекторный p-n переход биполярного транзистора: рис.10 – обратная ветвь ВАХ коллекторного p-n перехода биполярного транзистора Масштаб, мВ/Кл UI 5 UII 20 Эмиттерный p-n переход биполярного транзистора: рис.11 – обратная ветвь ВАХ эмиттерного p-n перехода биполярного транзистора Масштаб, мВ/Кл UI 5 UII 200 Выводы по исследованию обратных ветвей: обратная ветвь ВАХ кремниевого диода не обладает ярко выраженным участком насыщения, что обусловлено генерацией носителей зарядов в p-n переходе. Выводы по работе: в ходе проведённых опытов были получены статические характеристики германиевых и кремниевых полупроводниковых p-n диодов, а также p-n переходов биполярного транзистора для областей прямых и обратных токов. На основании полученных данных был произведён расчёт токов насыщения и сопротивлений диодов (с учётом измерительного резистора с последующим извлечением значений непосредственно диода). Результаты работы согласуются с теорией, что подтверждает их корректность.
