Практическая работа специальности 09.02.01.

Практическое занятие № 66

Тема: «ВАХ полупроводникового диода. Электронные процессы в p-n переходе»

Цель: построение и исследование вольтамперной характеристики (ВАХ) полупроводникового диода, исследование сопротивления диода при прямом и обратном смещении по вольтамперной характеристике, проектирование полупроводниковых устройств с использованием диодов.

Теория.

Полупроводники — материалы, которые по своей   проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью проводимости от концентрации   примесей, температуры и различных видов излучения.

Различают два типа примесей: донорная и акцепторная. Примеси, легко отдающие электроны, увеличивающие количество свободных электронов, называют донорными. Полупроводники, содержащие донорные примеси, называются полупроводниками n– типа (от слова negative – отрицательный). Примеси, легко принимающие электроны, увеличивающие количество дырок, называют акцепторными. Полупроводники, содержащие акцепторные примеси, называются полупроводниками    р – типа (от слова positive – положительный). Наибольший интерес представляет контакт полупроводников р и n– типа, называемый р–п переходом.

Полупроводниковый диод представляет собой двухэлектродный прибор на основе р–п перехода в кристалле полупроводника (рис.1) и предназначен для преобразования переменного тока в пульсирующий ток одной полярности.

Рисунок 1 -  р–п переход.

Если к диоду приложить напряжение в прямом направлении, когда положительный полюс источника энергии соединен с р-областью (анодом), а отрицательный – с n-областью (катодом), то потенциальный барьер p-n-перехода понижается и через диод протекает большой прямой ток даже при невысоком приложенном напряжении. При смене полярности приложенного к диоду напряжения потенциальный барьер повышается, и через диод протекает очень малый ток неосновных носителей заряда (обратный ток) даже при высоких значениях обратного напряжения. Вольтамперная характеристика (ВАХ) диода вследствие этого является резко несимметричной, и ее типичный вид представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – ВАХ диода

 Наиболее популярное применение диода: выпрямление перменного электрического тока. Упрощенно, выпрямление – это преобразование переменного напряжения в постоянное. Оно включает в себя устройство, которое позволяет протекать электронам только в одном направлении. Как мы уже видели, это именно то, что и делает полупроводниковый диод. Простейшим выпрямителем является однополупериодный выпрямитель. Он пропускает через себя на нагрузку только половину синусоиды сигнала переменного напряжения.

Однополупериодный выпрямитель не удовлетворяет требований большинства источников питания. Содержание гармоник в выходном сигнале выпрямителя слишком велико, и, следовательно, их трудно отфильтровать. Кроме того, питающий источник переменного напряжения подает питание на нагрузку во время только одной половины каждого полного периода, а это означает, что половина его возможностей не используется. Тем не менее, однополупериодный выпрямитель является очень простым способом уменьшения мощности, подводимой к активной нагрузке. Переключатели некоторых двухпозиционных ламповых диммеров подают напрямую полное переменное напряжение на лампу накаливания для «полной» яркости или через однополупериодный выпрямитель для уменьшения яркости

Если нужно выпрямить питание переменным напряжением, чтобы получить полное использование обоих полупериодов синусоидального сигнала, то необходимо использовать другие схемы выпрямителей. Такие схемы называются двухполупериодными выпрямителями. Один из типов двухполупериодных выпрямителей, называемый выпрямителем со средней точкой, использует трансформатор со средней точкой во вторичной обмотке и два диода.

Словосочетание «диодный мост» образуется от слова «диод». Получается, диодный мост должен состоять из диодов. Но если в диодном мосту есть диоды, значит, в одном направлении диод будет пропускать электрический ток, а в другом нет. Поэтому мост из диодов используется, чтобы из переменного напряжение получать постоянное напряжение.   

Порядок выполнения работы.

1. Описать ВАХ диода (см. рисунок 2)

2. Спроектировать схему однополупериодного выпрямителя

3. Спроектировать схему двухполупериодного выпрямителя

4. Спроектировать схему мостового выпрямителя.

Контрольные вопросы.

1.     Каким типом проводимости обладают чистые полупроводники? полупроводники с акцепторной примесью? с донорной примесью?

2.     Элемент какой группы следует ввести в полупроводник, относящийся к IV группе, чтобы получить в нем проводимость n-типа? а проводимость р-типа? Ответ поясните.

3.     Перечислите основные параметры полупроводникового диода

4.     На рисунке показаны оба возможных включения р-n-перехода. Укажите, в каком случае р-n-переход включен в прямом направлении.

Скачано с www.znanio.ru