Программа работы и методические указания по ее выполнению

 

Исследование выпрямительных диодов и стабилитронов разбивается на несколько частей – исследование прямых ветвей ВАХ полупроводниковых диодов и стабилитронов, исследование обратных ветвей ВАХ выпрямительных диодов, исследование обратных ветвей ВАХ стабилитронов, исследование прямых и обратных ветвей ВАХ туннельных диодов. Далее приведена последовательность действий, которые необходимо выполнить при проведении исследований:

1. Ознакомиться с основными теоретическими положениями и подготовить ответы к поставленным вопросам.

2.

Рис. 4.3

Выписать из справочных материалов основные параметры исследуемых диодов: германиевого и кремниевого выпрямительных диодов, стабилитронов и туннельных диодов.

3. Установив перед началом работы основные органы управления характериографа в исходные положения, собрать схему для исследования полупроводниковых диодов, представленную на рис. 4.3:

3.1. Подключить к гнёздам на поле Диод кремниевый полупроводниковый диод КД103 в соответствии с обозначением анодного и катодного выводов (анодом – к верхнему гнезду).

3.2. Соединить проводниками гнёзда C и E коммутационной панели (TEST SET) с гнёздами C и E внешнего коммутационного блока, предназначенными для подачи напряжений на полупроводниковые приборы.

4. Для исследования прямых ветвей ВАХ характеристик диодов и стабилитронов:

4.1. Включить питание характериографа кнопкой POWER.

4.2. Ручкой VOLTS/DIV на поле HORIZ установить цену деления по горизонтали V_CE, равную 0,1В.

4.3. Установить цену деления по вертикали I_C = 1 мА на поле VERTICAL с помощью переключателя CURRENT/DIV

4.4. Ручками POSITION на полях VERTICAL и HORIZ совместить точку на экране с левым нижним углом координатной сетки на экране характериографа.

4.5. Медленно увеличивая приложенное к диоду прямое напряжение с помощью ручки VARIABLE COLLECTOR при переключателе MAX PEAK VOLTS, установленным в положение 5 В, добиться максимального прямого тока 10 мА (отклонение по вертикали – 10 делений вверх от нижней горизонтальной линии сетки на экране). Снять кривую по точкам I = f(U), занося данные в таблицу. Снять не менее 10 точек. Наибольшее количество точек взять в области перегиба кривой.

4.6. Предварительно устанавливая выходное напряжение характериографа равным нулю ручкой VARIABLE COLLECTOR, повторить измерения, описанные в п. 1.7, для диода Д7Ж и стабилитрона Д814.

Следует учесть, что прямая ветвь ВАХ стабилитрона КС191С является обратной ветвью термокомпенсирующей диодной структуры. Поэтому измерения прямой ветви стабилитрона КС191С превращаются в измерения обратной ветви диода. Для этого:

4.7. Установить на поле Диод стабилитрон КС191С.

4.8. Установив ручку VARIABLE COLLECTOR в положение 0, установить переключатель MAX PEAK VOLTS в положение 100V. 

4.9. Переключатель VOLTS/DIV на поле HORIZ установить в положение, соответствующее цене деления по горизонтали V_CE, равное 10 В.

4.10. Установить цену деления по вертикали I_C = 0,02 мА на поле VERTICAL.

4.11. Медленно увеличивая приложенное к стабилитрону прямое напряжение, добиться равенства максимального тока через него 0,02 мА (одно деление по вертикали). При раздвоении кривой на экране, которое может возникнуть из-за ёмкостных токов в характериографе, следует воспользоваться ручками LOOPING и COMPENSATION для максимально возможного подавления этого эффекта. После этого произвести измерение прямой ветви ВАХ, как это выполнялось в предыдущих случаях.

5. Установив органы управления характериографа в исходные положения, провести измерения обратных ветвей ВАХ диодов Д7Ж и КД103:

5.1. Подключить исследуемый диод к гнёздам на поле Диод (анодом диода к анодному гнезду). Установить переключатель SERIES RESISTOR на поле VARABLE COLLECTOR в положение 100 кОм.

5.2. Включить характериограф кнопкой POWER.

5.3. Установить цену деления по вертикали I_C = 0,02 мА с помощью переключателя CURRENT/DIV на поле VERTICAL.

5.4. Установить цену деления по горизонтали равной 50 В на деление с помощью переключателя VOLTS/DIV V_CE на поле HORIZ.

5.5. Ручками POSITION на полях VERTICAL и HORIZ совместить точку на экране с правым верхним углом основной координатной сетки.

5.6. Для подачи обратного напряжения на диод инвертировать полярность выходного напряжения характериографа, нажав кнопку INV на поле COLLECTOR SUPPLY.

5.7. Увеличивая (по модулю) обратное напряжение ручкой VARIABLE COLLECTOR до начала пробоя (ток пробоя не более 0,1 мА), произвести измерения обратной ветви ВАХ по точкам, компенсируя в каждой из них при необходимости раздвоение кривой на экране с помощью ручек LOOPING и COMPENSATION.

6. Обратные ветви ВАХ стабилитронов являются рабочими участками. Для них важно достаточно точно измерить зависимость обратного тока в режиме пробоя. Поэтому на горизонтальном участке обратной ветви достаточно снять две точки. Остальные 3 точки следует расположить в области  пробоя – в области перегиба и участка, где зависимость близка к вертикальной. Установив органы управления характериографом в исходные положения, произвести следующие действия:

6.1. Подключить исследуемый стабилитрон к гнёздам на поле Диод (анодом к анодному гнезду).

6.2. Включить характериограф кнопкой POWER.

6.3. Установив предварительно ручкой VARIABLE COLLECTOR выходное напряжение характериографа равным нулю, установить цену деления по горизонтали 1 В на деление с помощью переключателя VOLTS/DIV V_CE на поле HORIZ.

6.4. Цену деления по вертикали I_C установить равной 2 мА с помощью переключателя CURRENT/DIV на поле VERTICAL.

6.5. Установив переключатель MAX PEAK VOLTS в положение 5 В, ручками POSITION на полях VERTICAL и HORIZ совместить точку на экране с правым верхним углом основной координатной сетки.

6.6. Нажать кнопку INV на поле VARIABLE COLLECTOR.

6.7. Установить переключатель MAX PEAK VOLTS в положение 20V.

6.8. Увеличивая напряжение на стабилитроне ручкой VARIABLE COLLECTOR, добиться обратного тока 20 мА (десять делений по вертикали). Произвести измерения.

7. Для исследования прямых ветвей ВАХ туннельных диодов установить органы управления характериографа в исходные положения. После чего:

7.1. Установить переключатель SERIES RESISTOR в положение 5 кОм, переключатель MAX PEAK VOLTS – в положение 100 В.

7.2. Ручками POSITION на полях VERTICAL и HORIZ совместить точку на экране с левым нижним углом координатной сетки на экране характериографа.

7.3. Ручкой VOLTS/DIV на поле HORIZ установить цену деления по горизонтали V_CE, равную 0,2 В.

7.4. Подключить к гнёздам на поле Диод туннельный диод в соответствии с обозначением анодного и катодного выводов (анодом – к верхнему гнезду).

7.5. Медленно увеличивая приложенное к диоду прямое напряжение с помощью ручки, добиться максимального прямого тока 20 мА (отклонение по вертикали – 10 делений вверх от нижней горизонтальной линии сетки на экране).

7.6. Снять кривую по точкам I = f(U), занося данные в таблицу. Для прямой ветви снять не менее 15 точек. Наибольшее количество точек взять в области перегибов кривой.

8. Для снятия обратной ветви, предварительно установив ручкой VARIABLE COLLECTOR нулевое выходное напряжение (против часовой стрелки):

8.1. Ручкой VOLTS/DIV на поле HORIZ установить цену деления по горизонтали V_CE, равную 0,05 В.

8.2. Установить цену деления по вертикали I_C = 2 мА на поле VERTICAL с помощью переключателя CURRENT/DIV.

8.3. Ручками POSITION на полях VERTICAL и HORIZ совместить точку на экране с правым верхним углом координатной сетки на экране характериографа.

8.4. Нажать кнопку INV на поле COLLECTOR SUPPLY для подачи на диод отрицательного (обратного) напряжения.

8.5. Медленно увеличивая выходное напряжение характериографа ручкой VARIABLE COLLECTOR, добиться обратного тока диода 20 мА (отклонение от верхней горизонтальной линии на десять делений вниз).

8.6. Занести в таблицу зависимость обратного тока диода от обратного напряжения. Для обратной ветви достаточно четырёх точек.

9. Рассчитать и построить теоретические графики ВАХ германиевого выпрямительного диода и туннельного диода, используя в качестве значений  и  экспериментальные данные.

10. Рассчитать статическое сопротивление стабилитронов для средней точки рабочего участка характеристики. Вычислить по результатам измерений  и динамическое сопротивление.

 

Содержание отчета

1. Схемы исследования диодов.

2. Таблицы измерений и графики вольт-амперных характеристик исследованных диодов.

3. Справочные данные основных параметров диодов.

4. Теоретические графики вольт-амперных характеристик германиевого выпрямительного диода и туннельного диода.

5. Вычисленные значения статического и динамического сопротивлений стабилитронов.

Контрольные вопросы

1. Какие физические процессы определяют проводимость электронно-дырочного перехода?

2. Какие существуют типы пробоя электронно-дырочного перехода, и каковы их характерные особенности?

3. Как проявляется туннельный эффект в электронно-дырочном переходе?

4. Какими свойствами и параметрами характеризуются выпрямительные диоды, стабилитроны и туннельные диоды?