Лабораторная работа: Исследование характеристик полупроводниковых диодов на постоянном и переменном токах

Лабораторная работа № 1 Исследование характеристик полупроводниковых диодов на постоянном и переменном токах ТЕОРИЯ Область   полупроводника,   в   которой   имеется     пространственное изменение   типа   электропроводности   называется   электронно­дырочным переходом   или  p­n­переходом.   р­n­переход   составляет   основу   многих полупроводниковых приборов, в том числе, полупроводниковых диодов. Физические процессы при образовании р­п­ перехода Условием   образования   р­п­  перехода   является   резкое пространственное   изменение   типа   проводимости   полупроводника.    р­п­ переходы, ограниченные со стороны р­ и п­областей плоскостями, размерами намного превышающими ширину перехода, называются плоскостные.  Допустим,   что   контактируются   два   полупроводника   с   дырочной (концентрация   акцепторов   в  p­области  Na)   и   электронной   (концентрация доноров в  n­области  Nд) электропроводностями. При этом граница раздела плоская   и   контакт   является   идеальным   (т.е   отсутствуют   поверхностные состояния   и   рассогласование   параметров   решеток).   При   комнатной температуре   атомы   доноров   и   акцепторов   можно   считать   полностью ионизированными, т.е. в полупроводнике р­типа рp=Na, а в полупроводнике n­ типа nn=Nд.  Концентрация  pp  обычно   намного   больше,   чем  рn,   где   они   являются неосновными   носителями   заряда.   Также  пp  намного   меньше,   чем  nn  в  n­ области, где они являются основными носителями заряда.  Таким   образом,   в   p­n   ­   переходе   имеется   градиент   концентрации основных   носителей   заряда.  Под   действием   градиента   концентрации электроны будут диффундировать через p­n­переход из n­области в р­область, 1 а дырки ­ в противоположном направлении (рис.1, процессы 3, 31). Встречное движение электронов и дырок образует диффузионный ток р­n ­ перехода. В результате диффузии электронов в прилегающем к контакту слое  р­ области   возникает ионизированных акцепторов, который не скомпенсирован зарядом дырок.   отрицательный   пространственный   заряд В   приконтактном   слое  n­области   остаются   ионизированные   доноры   и возникает  положительный   пространственный   заряд  ионизированных доноров, нескомпенсированный зарядом электронов. Таким образом, слева и справа   от   контакта   возникает  двойной   слой  пространственного   заряда. Электрическое поле, возникающее при образовании пространственного заряда препятствует дальнейшей диффузии основных носителей заряда, в то время как неосновные носители заряда (т.е. дырки из  n­области и электроны из  p­ области) могут беспрепятственно проходить через переход (рис.1, процессы 4, 41),  образуя   дрейфовый   ток,   направление   которого   противоположно диффузионному.  Процесс   диффузии   продолжается   до   тех   пор,   пока   не уравновесится потенциальным барьером электрического поля р­n ­ перехода.  При   этом   диффузионный   ток   основных   носителей   и   дрейфовый   ток неосновных носителей равны по значению и противоположны по направлению. За   пределами   области   пространственного   заряда   в   силу   равенства концентраций подвижных носителей заряда соответствующим  концентрациям примесей, полупроводник остается электрически  нейтральным  и плотность пространственного заряда равна нулю. Часть электронов, переходящих из  n­области в  р­область, теряет свою энергию   при   преодолении  потенциального   барьера,   тормозится   в   ней   и втягивается   обратно   в  n­область   (рис.1,   процесс   2).  Эти   электроны увеличивают в пограничном слое р­области концентрацию отрицательных зарядов. Однако  часть электронов, перешедших из п­области, способных преодолевать   потенциальный   барьер,   проникает   вглубь   р­области   и 2 рекомбинируют с дырками. Аналогичные явления происходят с дырками при переходе в п­область (рис.1, процесс 21).   В   приконтактном   слое   концентрация   основных   носителей   заряда уменьшается   по   сравнению   с   их   концентрацией   в   остальной   толще полупроводника. Благодаря   наличию   встроенного   электрического   поля,   концентрация подвижных   носителей   заряда   в  p­n­переходе   значительно   меньше,   чем   в нейтральных областях полупроводника.   Поэтому,   обедненный   носителями   слой   между   двумя   областями полупроводника   с   разным   типом  электропроводности   обладает   высоким электросопротивлением,  и называют запирающим слоем. В состоянии термодинамического равновесия (когда приложенное к p­n­ переходу   внешнее   напряжение   равно   нулю)   диффузионный   и   дрейфовый потоки   зарядов   через   электронно­дырочный   переход   компенсируют   друг друга.  Плотность тока дырок и электронов могут быть найдены из соотношений:   x j p  eD p  xj n   eD n dp dx dn dx  p ep E ,      (1)  n en E .   (2) Помимо рассмотренных механизмов протекания тока, существуют токи, связанные   с   процессами  термогенерации  и  рекомбинации  электронно­ дырочных   пар   в   области   перехода.   Дырки   и   электроны,   проникающие   в переход   со   стороны  р­   и  п­   областей   соответственно,   имеют   конечную вероятность рекомбинировать в переходе (рис.1, процессы 5, 5').  С этим процессом связан ток, протекающий в направлении оси х. С   другой   стороны,   при   термогенерации   электронно­дырочных   пар   в переходе   образовавшиеся   носители   заряда   подхватываются   электрическим полем, причем электроны переносятся в п­область, а дырки ­ р­область (рис.1, процессы 6, 6').  3 Возникающий при этом ток термогенерации   направлен против оси х (вдоль   поля)   и   в   состоянии   равновесия   в   точности   компенсирует   ток 0gj рекомбинации  0rj :                                                   j r 0  g 0 j 0                      (3) Суммарная   плотность   тока   через   переход   в   состоянии   равновесия равна нулю:  j j 0  j  j дрp 0 дифn 0  j дрn 0  0   j j r 0 g 0 дифp 0 р­область .    (4) Е п­область Еg 3 1’ 2’ 6’ 4’ jn др0 jp др0 jg0 5 5’ ­lp0 xφ ln0 4 2 6 1 3’ jn диф0 jp д иф0 jr0 ЕС Еk Fi ЕV x Рис.1 Токи через равновесный p­n ­переход 4 Сильно легированная область полупроводника, называется эмиттером.  Эмиттер служит для  инжекции  носителей. Область  полупроводника, в которую   инжектируются   эмиттером   неосновные   для   нее   носители   заряда, легированная слабее эмиттерной области называется  базой. Ввиду   искривления   запрещенной   зоны   в   области   перехода   между эмиттером и базой существует энергетический барьер, высота которого равна разности электростатических энергий в п­ и р­ областях:                                         E k  F ip F in .                 (5) Соответственно, потенциалы эмиттера и базы отличаются на величину                                           k F ip F in  e .                   (6) Величина  k  называется контактной разностью потенциалов.                                 k T ln  ln n 0   0  l p 0  n 0 p p n 2 i ,   (7) где  T  kT e  ­ температурный потенциал. Контактная разность потенциалов зависит от положения уровня Ферми в p  ­ и  n­областях. Увеличение концентрации примесей в любой из областей смещает   уровень   Ферми   от   середины   запрещенной   зоны,   а   следовательно, увеличивает   высоту   потенциального   барьера.   Уменьшение   концентрации примесей, наоборот, снижает потенциальный барьер.  ≈ При  Т=300К   температурный   потенциал   германиевых   переходов   потенциальный   барьер   переходов   ­   0,7­0,8В.   В   среднем   величина   T 0,026В.   У   большинства k =0,3­0,4В;   у   кремниевых k   составляет   2/3   ширины запрещенной зоны полупроводника в вольтах. Теперь рассмотрим, как изменяются потоки электронов и дырок через p­ n­переход,   когда   к   нему   приложено   внешнее   напряжение,   называемое напряжением смещения.  Если внешнее напряжение подано в «обратной полярности» ( "минус" внешнего   источника   напряжения     к  p­области,   а   "плюс"   к  n­области),   то 5 основные   носители   заряда   будут   дрейфовать   в   возникшем   электрическом поле от пограничных к переходу слоев в глубь полупроводника. В результате ширина обедненного основными носителями слоя увеличится по сравнению с равновесным   состоянием   и   возрастет   сопротивление  p­n­перехода.   В   этом случае приложенное к переходу результирующее напряжение определяется суммой величин   k   и   обрU , где   обрU   ­ внешнее напряжение, поданное в обратной полярности. При этом напряженность электрического поля в  p­n­ переходе   возрастает,   увеличивается   изгиб   энергетических   зон   и   величина потенциального барьера для основных носителей на величину  eU . обр Если внешнее напряжение подано в «прямой полярности» (к p­области подключен "плюс" источника внешнего напряжения, а к n­области ­ "минус"), то под действием внешнего поля основные носители заряда перемещаются по направлению к p­n­переходу. В приконтактных слоях концентрация носителей увеличивается, толщина перехода становится меньше и сопротивление  p­n­   В   этом   случае   приложенное   к   переходу перехода   понижается. прU , где результирующее напряжение определяется разностью величин  прU   ­   внешнее   напряжение,   поданное   в   прямой   полярности.   При   этом k  и  уменьшается   напряженность   электрического   поля   в  p­n­переходе,   изгиб энергетических зон и высота потенциального барьера для основных носителей на величину   eU .  При этом диффузионный ток основных носителей через пр переход возрастает по экспоненциальной зависимости от напряжения. Этот ток называют прямым. Зависимость   толщины  p­n­перехода   l   от   приложенного   внешнего напряжения U определяется из следующего выражения:   0 lUl  k k   k U ,                         (8) где   l 0   –толщина  p­n­перехода   в   равновесном   состоянии.   2k   ­   для ступенчатого перехода,  3k  ­ для линейного перехода. С   изменением   высоты   потенциального   барьера   нарушается  между термодинамическое   равновесие   и   изменяется   соотношение 6 диффузионным и дрейфовым токами.  Дрейфовый ток через переход почти не зависит  от  приложенного  напряжения:  внешнее  напряжение  изменяет  лишь скорость переноса неосновных носителей заряда и не влияет на количество переносимых   носителей   в   единицу   времени.  Диффузионная  составляющая тока через переход зависит от высоты потенциального барьера. Таким образом, в случае подачи на  p­n­переход обратного напряжения величина   диффузионного   тока   через   переход   уменьшается   с   увеличением обрU |>> T ) напряжения. диффузионный ток стремится к нулю, а общий ток через переход стремится к   При   больших   обратных   напряжениях   (| величине   дрейфового   тока.   Этот   ток   называют   тепловым   током   или обратным током насыщения p­n – перехода и обозначают Is. Вольт­амперная характеристика p­n­перехода Вольт­амперная   характеристика  идеализированного  p­n­перехода описывается выражением:  I  I U  T   s e   1    ,                (9) I s  I sp I sn ­ тепловой ток диода, sp sp sn sj I  ­ тепловой ток дырок, I  ­ тепловой ток электронов, где  S ­ площадь перехода,  j ­ плотность тока. sj sn Тепловой   ток  является   единственным   параметром,   полностью определяющим ВАХ идеализированного диода. Как следует из выражения для ВАХ, при U > 0 ток через переход возрастает, при U<0 ­ убывает. Так как при комнатной   температуре T =kT/e 26мВ, ≈     то   при   положительных напряжениях, превышающих 0,1В, в выражении для ВАХ можно пренебречь единицей по сравнению с экспоненциальным членом.  При отрицательных напряжениях (|U|≥0,1­0,2B)  экспоненциальный член становится   пренебрежимо   малой   и   ток   через   переход   стремится   к   току насыщения. Таким образом, величина и направление тока, проходящего через p­n­переход,   зависят   от   величины   и   знака   приложенного   к   переходу 7 напряжения. В соответствии с этим электрическое сопротивление перехода в одном   направлении   может   быть   значительно   больше,   чем   в   другом. Следовательно,  p­n­переход   обладает   выпрямляющим   действием   ­ односторонней проводимостью, что позволяет использовать его в качестве выпрямителя переменного тока.  ВАХ   реального   диода   может   значительно   отличаться   от   ВАХ идеализированной модели диода. Для реальных диодов на большом участке прямой   ветви   ВАХ   ток   диода   может   быть   значительно   ниже теоретически   возможного,   а   обратный   ток   ­   больше   тока   насыщения. Прямая ветвь характеристики близка к экспоненте лишь при сравнительно   Главной   причиной   (помимо   тока небольших   уровнях   инжекции. рекомбинации), обусловливающей отличие прямых ветвей ВАХ реального и идеального   диодов,   является   наличие  сопротивления   базовой   области  rб, которое у реальных диодов имеет величину от 1­2 до 20­30Ом, и модуляции этого   сопротивления   за   счет   инжектированных   из   эмиттера   неосновных носителей, кроме этого при прохождении прямого тока на сопротивлении  rб возникает падение напряжения Irб, снижающее  прU .  При   наличии   большого   прямого   напряжения   величина   потенциального барьера   снижается   настолько,   что   он   перестает   влиять   на   величину протекающего через переход прямого тока.  Прямой   ток   будет   при   этом   определяться   лишь   сопротивлением высокоомной базы и линейно зависеть от приложенного напряжения.  Этот участок характеристики диода называется омическим и составляет в большинстве случаев основную ее рабочую область. Вырождение экспоненциальной зависимости в линейную происходит при сравнительно малых токах. Обратный   ток   реального   диода   не   достигает   насыщения,   а   растет   с увеличением обратного напряжения.  8 Главными   причинами  роста   обратного  тока   реального  диода   являются ток термогенерации в объеме и на поверхности перехода и ток утечки по поверхности перехода. В германиевых диодах при комнатной температуре ток термогенерации мал (ввиду высокой собственной концентрации носителей) и обратный ток близок к току насыщения. В кремниевых диодах при комнатной температуре ток термогенерации является основной составляющей обратного тока.   Ток утечки кремниевых диодов при комнатной температуре в ряде случаев превышает сумму токов насыщения и термогенерации. Поэтому полный   обратный   ток   кремниевого   диода   меньше   обратного   тока германиевого диода всего на 2­3 порядка.  Iпр Ge Si Ge б а в Si а б в Uп р Рис.2. Типовые ВАХ германиевого и кремниевого диодов. ВАХ   реальных   диодов   с   учетом   сопротивления   базы   описывается выражением: БIrU   Т I  I   S e   1                   (10) Другой   полезной   аппроксимацией   ВАХ   реального   диода   является функция I  I 0    U  Тm e  1    .                  (11) В   зависимости   от   режима   коэффициент  m  (коэффициент неидеальности) принимает значения от 1 до 3. Коэффициент качества ВАХ 9 диода при этом составляет  k 1 . В этом смысле все факторы, отличающие m реальный диод от идеализированной модели, являются нежелательными. Вид ВАХ в значительной степени зависит от температуры. Зависимость обратной   ветви   ВАХ   от   температуры   определяется  температурной зависимостью  тока   насыщения,   который   пропорционален   концентрации неосновных   носителей   заряда   в   базе,   возрастающей   с   увеличением температуры  по  экспоненциальному  закону.  Зависимость  теплового  тока от   температуры   тем   более   велика,   чем   шире   запрещенная   зона полупроводника  Eg.   Так  Eg,   при   300К   величина   температуры   удвоения теплового   тока   для   германия   (Eg=0,72эВ)   составляет   10К;   для   кремния (Eg=1,12эВ) ­ 6,5К, а для арсенида галлия (Eg=1,52эВ) ­ всего 4,7К. I IB IB ’ 1’ 1    2  2’ TKH>0 TKH<0 U Рис.3.  Влияние  сопротивления  базы  на  ВАХ  диода:  rБ=0  (кривые  1,  1’);  rБ>0  (кривые 2, 2’); T’>T. На практике ток обычно измеряется при комнатной температуре   0T   и требуется   определить   его   значение   при   произвольной   температуре  T . Используя выражение для  TIS  , получим  TI S  TI 0 S    exp    Eg kT    1 T 0  1 T       .                 (12) Температурная   зависимость   прямой   ветви   ВАХ   удобно   выразить   как изменение с температурой прямого напряжения при постоянном прямом токе. 10 Для   этого   введено   понятие­  температурный   коэффициент   напряжения (ТКН), характеризующий сдвиг ВАХ по оси напряжений:   U  U  T dI 0 .           (13) ТКН   численно   равен   изменению   прямого   напряжения   на   диоде   при изменении температуры на 1 градус и постоянном токе диода. При  U  3 T  I  S I U  U g E e  T .         (14) Для   невырожденных   полупроводников   U T  E g e ,   а   величина   ТКН отрицательна, поэтому при увеличении температуры прямая ветвь ВАХ диода сдвигается в сторону меньших напряжений. При  T 290К и  U   U Eg T     4,2 mB mB 9,3 / /  град  град Ge  Si   . диоды  диоды . g E e : При   расчетах   ТКН   обычно   принимают   равным   ­2   мВ/град   для  Ge  и 4мВ/град   для  Si­диодов.   ТКН   зависит   от   тока   и   с   ростом   его   немного уменьшается. Ge I(мкА) Si U(B) ­2          ­1 ­0,4          ­0,2 ­1 ­2 I(мкА) U(B) ­1 ­2 ­3 Рис. 4. Обратные ветви ВАХ германиевого (а) и кремниевого (б) диодов. ­3 б) а) 11 Основным показателем качества ВАХ диода является нелинейность его характеристики,   позволяющая   осуществлять   выпрямление   электрических сигналов, ограничение их по амплитуде, преобразования частотного спектра и другие   нелинейные   операции.   Нелинейность   ВАХ   проявляется   в   различии дифференциального  (или   внутреннее)   сопротивления   перехода   для переменной составляющей тока малой амплитуды   r  dU dI   и  статического сопротивления  R  . Из выражения для ВАХ находим U I r    T I S I ,                   (15) R   T I   1ln   I I S            (16) Легко видеть, что в состоянии равновесия ( 0U ) дифференциальное и статическое сопротивления совпадают. На прямой ветви ВАХ ( 0U ) дифференциальное сопротивление меньше I   дифференциальное сопротивление зависит только SI статического. При  от тока и температуры, причем эта зависимость одинакова для всех диодов: R  .                      (17) T I На   обратной   ветви   ВАХ   ( 0U )   дифференциальное   сопротивление  3 U больше   статического.   При   сопротивления   может   считаться   бесконечно   большой,   так   как   величина   дифференциального  . SI Статическое   сопротивление   при   этом   пропорционально   обратному напряжению: I   T                                         R  U SI .                      (18) С   ростом   прямого   тока   дифференциальное   сопротивление   перехода быстро падает. При токах порядка 5­10 мА оно составляет несколько Ом. Дифференциальное   сопротивление   перехода   в   обратном   направлении значительно больше, чем в прямом. 12 Как   было   отмечено   выше,   критерием   качества   диода   может   служить коэффициент качества ВАХ, определяемый следующим образом:                                             k  T Id 2 dU /2 dI dU         (19) Для   элемента,   обладающего   линейной   ВАХ   вида   I  ,   aU 0k .   Для идеального диода, имеющего ВАХ вида  I  U  T   s eI   1    ,  1k . Механизм инерционности диода Полупроводниковый   диод   обладает   инерционностью.   Допустим,   диод переключается   из   проводящего   (открытого)   состояния   в   непроводящее (закрытое). При этом инерционность проявляется в следующем: 1. После подачи запирающего напряжения его высокое сопротивление, устанавливается не мгновенно, с некоторой временной задержкой. 2. После подачи на закрытый диод отрицательного напряжения, инжекция носителей заряда через переход также начинается с некоторой задержкой во времени. После   отпирания,   прямое   напряжение   на   переходе   устанавливается   в течение некоторого конечного времени. При работе в режиме малого сигнала, инерционность диода проявляется в том, что его адмитанс (полн. ) имеет реактивную составляющую. Инерционность   диода   связана   двумя   физическими   процессами накопления заряда в различных областях диода. Во первых, при изменении напряжения на  p­n  переходе изменяется его ширина   и   ,   следовательно,   полное   количество   положительного   и отрицательного   заряда   в   области   перехода.   Поскольку   изменение   заряда можно осуществить  за  конечное  время,  напряжение на  переходе  не  может измениться мгновенно. Во­вторых, при изменении напряжения на диоде изменяется полный заряд неосновных носителей, инжектированных  из эмиттера в базу (и в меньшей 13 степени, из базы в эмиттер). Изменение заряда неосновных носителей в базе также не может произойти мгновенно. Рис. 5 Таким образом, инерционность диода обусловлена накоплением зарядов в области p­n перехода и в области квазинейтральной базы. Переключение диода из закрытого состояния в открытое происходит не мгновенно. Это можно наблюдать на экране осциллографа, если приложить к диоду напряжение прямоугольной формы высокой частоты (рис. 5).  При переходе из закрытого в открытое состояние необходимо время Гвкл,  необходимое   для   рассасывания   избыточных   зарядов   потенциального барьера и достижения диффузионного равновесия. При переходе из открытого состояния в закрытое необходимо время 1\, за которое рассасываются избыточные носители и время 1г, за которое вновь устанавливается потенциальный барьер. Общее время выключения гВЬ1кл = 1\ + Н. На этапе 1\ через диод протекает большой обратный ток, а напряжение на нём убывает, сохраняя прямое направление. На этапе  ^ ток обратный ток убывает до нормального значения. Реальная картина, наблюдаемая на экране осциллографа,   может   несколько   отличаться   от   описанной   из­за   влияния входной ёмкости осциллографа и монтажа. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 14 ЗАДАНИЕ Снять   вольтамперные   характеристики   выпрямительного   диода   (типа КД226, 1N5408), импульсного диода (типа КД521, КД522, 1N4148), диода Шотки (типа 1N5819). По характеристикам определить основные параметры и сравнить их. На экране осциллографа пронаблюдать процессы включения и выключения диода, определить время включения и выключения. Порядок выполнения эксперимента 1.  Соберите   цепь   (рис.5.а)   для   снятия   прямой   ветви   вольтамперной характеристики диодов. Монтажная схема изображена на рис. 6   Обратите внимание, что вольтметр этой в схеме подключён к точке «В» (после амперметра.) и на его показания не влияет падение напряжения на амперметре, которое соизмеримо с прямым падением напряжения   на   диоде.   В   то   же   время   ток   через   вольтметр несоизмеримо   мал   с   прямым   током   диода   и   не   вносит   заметной погрешности в показания амперметра.           а) Прямая полярность                                б) Обратная полярность                                                         Рис. 5 15 Рис.6 2.  Устанавливая   токи,   указанные   в   табл.   1   снимите   прямую   ветвь вольтамперной   характеристики   сначала   выпрямительного   диода   затем   ­ импульсного и, наконец, диода Шотки. На рис. 7 постройте графики. 3.  Измените   схему   для   снятия   обратной   ветви   вольтамперных характеристик   переключив   вольтметр   в   точку   А   (до   амперметра)   и перевернув диод.  В этой схеме через амперметр не протекает ток вольтметра, который теперь соизмерим и даже больше обратного тока через диод. В то же время падение напряжения на амперметре ничтожно мало по сравнению с обратным напряжением на диоде. 4.  Устанавливая   напряжения,   указанные   в   табл.   2,   снимите   обратную ветвь вольтамперной характеристики диода Шотки. Убедитесь, что обратный 16 ток   выпрямительного   и   импульсного   диодов   настолько   мал,   что   его невозможно измерить приборами, имеющимися в стенде. На рис. 7 постройте графики. I, мА 1 2 5 10 15 20 25 30 35 40 Таблица 1 (прямая ветвь) U, В КД226 КД522 1N5819 U, В 2 5 10 15 20 25 28 Таблица 2 (обратная ветвь) 17 I, мА КД226 КД522 1N5819                                                             Рис. 7 5. Для исследования характеристик диодов на переменном токе соберите на наборном поле цепь согласно принципиальной схеме рис. 6. Измерительные приборы в схему не включайте, так как они могут создать дополнительные паразитные ёмкости. Не забудьте включить инвертирование сигнала по каналу II, чтобы отклонение луча вверх соответствовало прямому току через диод. 18 Рис. 8 6.  Для начала включите в цепь выпрямительный диод, подайте на вход синусоидальное   напряжение   частотой   1кГц,   установите   ручку   регулятор амплитуды   примерно   в   среднее   положение   (4...6   В)   и   отрегулируйте развертку,   синхронизацию   и   усиление   по   двум   каналам   осциллографа   так чтобы на экране помещались 1,5...2 периода кривых тока и напряжения. 7. Переключая множитель частоты х1, х10, х100, и регулируя, каждый раз длительность развёртки осциллографа, пронаблюдайте за изменением кривой тока. Объясните результаты (имейте в виду, что в положении множителя х100 выходное напряжение генератора снижается примерно в 2 раза). 8. Переключите осциллограф в режим Х­У. При этом на экране появится изображение динамической вольтамперной характеристики диода: прямой ток по оси У вверх, прямое падение напряжения ­ по оси X вправо. 9.  Снова попереключайте множитель частоты, наблюдая за изменением динамической вольтамперной характеристики. Объясните, почему при низкой частоте   динамическая   вольтамперная   характеристика   совпадает   со статической, а при высокой ­ не совпадает. 10. Попробуйте повторить эти опыты с импульсным диодом и с диодом Шотки. Объясните отличия. 11.  Снова   включите   в   цепь   выпрямительный   диод,   переключите осциллограф   в   режим   развёртки   и   установите   на   входе   прямоугольное двухполярное   напряжение   частотой   примерно   40...50   кГц   и   небольшой 19 амплитуды   (2...3   В),   чтобы   меньше   искажалось   выходное   напряжение генератора. 12. Настройте изображение, перерисуйте осциллограмму в отчёт (рис. 9), не забыв указать масштабы по осям (масштаб по оси тока вычисляется как масштаб напряжения , по каналу  II, делённый на сопротивление, с которого снимается сигнал.). 13.  Определите   по   осциллограмме   время   включения  tвкл  и   время выключения: tвыкл                                    Рис.9 Из осциллограммы: время включения        tвкл =........мкс; время выключения:     tвыкл=........мкс. Контрольные вопросы      1. Какие p­n­переходы применяются в выпрямительных диодах? 2. Где применяются выпрямительные диоды? 3. Какова природа диффузионного и дрейфового токов в p­n­переходах? 20 4.   Объясните   физические   процессы,   приводящие   к   образованию энергетических барьеров в диоде. 5. Объясните физические процессы, приводящие к выпрямлению в  p­n­ переходах. 6. Как зависит ток в реальном диоде от внешнего напряжения? 7. Сравните германиевый и кремниевый диоды, пользуясь ВАХ. Каковы недостатки   и   преимущества   кремниевых   диодов   по   сравнению   с германиевыми? 8. Каковы основные параметры выпрямительных диодов? 9. Что такое ТКН? 10.   Почему   для   измерения   обратной   ветви   ВАХ   нельзя   пользоваться схемой, показанной на рисунке 5, а), поменяв полярность включения диода?  11.   Почему   у   диода   Шотки   пороговое   напряжение   меньше,   чем   у выпрямительного диода и импульсного диода, а обратный тока больше? 13. Какой из испытанных диодов имеет наименьшее быстродействие и почему? 14.   Чем   отличается   вольтамперная   характеристика   диода,   снятая   при высокой частоте от статической характеристики? 21