Построение графиков ВАХ

 

Содержание

Введение………………………………………..……………………….………..3

1. Теоретическая часть…………………………………………………………5
1. Общий принцип работы диодов…………………………………………….5
2. Полупроводниковые диоды…………………………………………………9
3. Выпрямительные диоды…………………………………………………….13
4. Область применения диодов………………………………………………..19
5. Конструкция диодов………………………………………………………....20
6. Особенности германиевых диодов………………………………………....22

2. Практическая  часть…………………………………………………………...24

2.1Описание схемы……………………………………………………………...24

2.2 Построение графиков ВАХ.....……………………….….………………….26

Заключение  …………………………………………….…………………...........27

Список  использованных источников…………………………………..……….28

Приложение  А……………………………………………………………………29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              Введение

 Перед нами поставлена задача разработать лабораторный стенд для изучения диодов и измерения их параметров.

Целью курсовой работы является разработка стенда, который может быть использован  для обучения студентов, освоения свойств  диодов и их совершенствования, для  исследования возможности применения в различных отраслях.

Тема  актуальна и может представлять интерес для специалистов в области  коммуникации,  связи, радиоэлектронике. Полупроводниковый диоды широко используется в настоящее время в цифровых системах передач. Нашей задачей является изучение полупроводниковых диодов. Достоинствами диодов являются: малые габариты, высокая световая или энергетическая отдача, малый расход электроэнергии и долговечность. Недостатком – высокая стоимость.

  Впервые полупроводниковые диоды были созданы в 1906 году для нужд детектирования радиосигналов. Hа границе 30-х - 40-х годов появились первые германиевые и кремниевые диоды. И были это диоды СВЧ.      

   Диод — двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом.

       Различают диоды:

1. В зависимости от назначения: (выпрямительные, стабилитроны, варикапы, туннельные, импульсные и др.).
2. По применяемым исходным  материалам: (германиевые; кремниевые, из арсенида галлия).
3. По технологии изготовления: ( сплавные, диффузионные, планарные).
4. По частотному диапазону: (низкочастотные, высокочастотные, СВЧ- диоды (сверхвысокочастотные диоды)).
5. По типу р-n-перехода: (плоскостны,точечные).

 

          Все диоды можно разделить  на две большие группы: полупроводниковые  и неполупроводниковые. Здесь  я буду рассматривать только  первую из них.

        В основе полупроводникового диода лежит такая известная штука, как p-n переход. Думаю, что большинству читателей о нем рассказывали на уроках физики в школе, а кому-то более подробно еще и в институте. Однако, на всякий случай приведу общий принцип его работы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Теоретическая часть 

        1.1 Общий принцип работы диодов

           Краткий рассказ как работает диод и как переменное напряжение превращается в постоянное.

        Диод - это полупроводниковый прибор с односторонней проводимостью электрического тока.

        Он хорошо пропускает через себя ток в одном направлении и очень плохо в другом, это основное свойства.  Диод в основном используются в частности для преобразования переменного тока в постоянный.

         Вывод диода подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт т.е имеет маленькое сопротивление называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу катода. (Рис.1)

 

 

Рисунок 1- Схема диода

 

       Конструктивно диод представляет собой не большую пластинку германия или кремния, одна область которой обладает электропроводимостью «р» типа т.е дырочной, содержащей искусственно созданный недостаток электронов, другая электропроводимостью «n» типа т.е электронный содержащий избыток электронов. (Рис.2)

 

Рисунок 2 - р-n переход. «p» - ион акцепторной примеси;  «n» - ион донорной               примеси.

 

 

         Границей между ними называют p-n переходом. Буква «p» «n» это первые в латинских словах «позитив» положительный, и «негатив» отрицательный.

        Если к аноду приложить положительное напряжение, а катоду отрицательное, то диод будет пропускать ток, это называется прямым включением. Диод открыт, если наоборот ток практически равен нулю – это называется обратным включением, диод закрыт.

 

         

Рисунок 3 - ВАХ кремниевого диода

 

 

                  Продемонстрировать работу диода, можно собрать простую схему: Подключить лампочку к источнику питания через последовательно включённый диод, в одном случаи мы видим, что лампочка горит и диод открыт, если мы поменяем включения диода то ток проводить он не будет и лампочка гореть не будет.

                Практически все компактные электронные приборы питаются постоянным токам.  Для того что бы переменное напряжения в сети 220 Вт преобразовать в постоянное, используют адаптеры, в каждом адаптере находятся несколько диодов, которые выполняют функцию выпрямления тока. Часто такие адаптеры встраивают  внутрь прибора.

                На данной схеме представлен простейший однополупериодный диодный выпрямитель. Существенным  недостатком это схемы является пропуск только одного полупериода, и следовательно сильные колебания выходного тока. (Рис.4)

 

         

Рисунок 4 - Однополупериодный диодный выпрямитель

            

          На данной схеме видно что  при полярности выходного сигнала,  ток протекающий  через нагрузку  своё направление не меняет. При  протекании одной полуволны работают диоды D2 и D3, а при другой D1 и D4 (Рис.5)

 

              

Рисунок 5 - Смена полярности выходного сигнала

 

        Таким образом мы с вами  получаем диодный мост, который  применяется обычно для выпрямления  переменного напряжения в постоянное, с добавлением сглаживающих фильтров.

 

Рисунок 6 - Диодный мост

 

 

 

            1.2 Полупроводниковые диоды

              Полупроводниковый диод – это электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами, в котором используются свойства р-n- перехода.

            Идеальный полупроводниковый диод допускает протекание бесконечно большого прямого тока и выдерживает бесконечно большое обратное напряжение.

 

Рисунок 7 - Устройство полупроводникового диода

 

            База Б и эмиттер Э с помощью базового БЭ и эмиттерного ЭЭ электродов, обеспечивающих омические контакты с n- и p-областями, соединяются с металлическими выводами В, посредством которых диод включается во внешнюю цепь.

           Принцип работы большинства диодов основан на использовании физических явлений в электрическом переходе, таких, как асимметрия вольт-амперной характеристики, пробой электронно-дырочного перехода, зависимость барьерной емкости от напряжения и т.д.

 

                     Полупроводниковые диоды классифицируются:

1. по назначению: выпрямительные, высокочастотные и сверхвысокочастотные (ВЧ- и СВЧ- диоды), импульсные, полупроводниковые стабилитроны (опорные диоды), туннельные, обращенные, варикапы и др.;
2. по конструктивно – технологическим особенностям: плоскостные и точечные;
3. по типу исходного материала: германиевые, кремниевые, арсенидо - галлиевые и др.

               

 

 

 

 

 

 

 

                Рисунок 8 - Устройство точечных диодов

 

 

          В точечном диоде используется пластинка германия или кремния с электропроводностью n- типа (рис.8), толщиной 0,1…0,6мм и площадью 0,5…1,5 мм2; с пластинкой соприкасается заостренная проволочка (игла) с нанесенной на нее примесью. При этом из иглы в основной полупроводник диффундируют примеси, которые создают область с другим типом электропроводности. Таким образом, около иглы образуется миниатюрный р-n- переход полусферической формы.

         Для изготовления германиевых точечных диодов к пластинке германия приваривают проволочку из вольфрама, покрытого индием. Индий является для германия акцептором. Полученная область германия р- типа является эмиттерной.

        Для изготовления кремниевых точечных диодов используется кремний n- типа и проволочка, покрытая алюминием, который служит акцептором для кремния.

        В плоскостных диодах р-n- переход образуется двумя полупроводниками с различными типами электропроводности, причем площадь перехода у различных типов диодов лежит в пределах от сотых долей квадратного миллиметра до нескольких десятков квадратных сантиметров (силовые диоды).

       Плоскостные диоды изготовляются методами сплавления (вплавления) или диффузии (Рис.9).

 

 

Рисунок 9 - Устройство плоскостных диодов, (а)  изготовленных

сплавным  и (б) диффузионным методом

 

 

        В пластинку германия n- типа вплавляют при температуре около 500°С каплю индия (рис. 3.2, а) которая, сплавляясь с германием, образует слой германия р- типа. Область с электропроводностью р- типа имеет более высокую концентрацию примеси, нежели основная пластинка, и поэтому является эмиттером. К основной пластинке германия и к индию припаивают выводные проволочки, обычно из никеля. Если за исходный материал взят германий р- типа, то в него вплавляют сурьму и тогда получается эмиттерная область n- типа.

       Диффузионный метод изготовления р-n- перехода основан на том, что атомы примеси диффундируют в основной полупроводник (рис. 3.2, б). Для создания р- слоя используют диффузию акцепторного элемента (бора или алюминия для кремния, индия для германия) через поверхность исходного материала.

 

 

Таблица 1 – кодовая маркировка полупроводниковых приборов (германий, кремний)    в соответствии с ГОСТ 10862-72

1-й элемент	Исходный материал	2-й элемент	Подкласс прибора	3-й элемент	Группа внутри подкласса
Г или 1	Германий	Д	Выпрямительные диоды	101-399	Диоды выпрямительные малой мощности (Iпр.ср.<0,3A)
К или 2	Кремний			201-299	Диоды выпрямительные средней мощности (0,3

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Выпрямительные диоды

         Выпрямительный полупроводниковый диод – это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный.

         Выпрямительные диоды выполняются на основе р-n- перехода и имеют две области, одна из них является более низкоомной (содержит большую концентрацию примеси), и называется эмиттером. Другая область, база – более высокоомная (содержит меньшую концентрация примеси).

         В основе работы выпрямительных диодов лежит свойство односторонней проводимости р-n- перехода, которое заключается в том, что последний хорошо проводит ток (имеет малое сопротивление) при прямом включении и практически не проводит ток (имеет очень высокое сопротивление) при обратном включении.

       Как известно, прямой ток диода создается основными, а обратный – не основными носителями заряда. Концентрация основных носителей заряда на несколько порядков превышает концентрацию не основных носителей, чем и обусловливаются вентильные свойства диода.