ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ ДИОДОВ

Цель работы: измерение вольтамперных характеристик (ВАХ) и барьерной емкости кремниевого диода КД213А и диода Шоттки КД219А; сравнительная оценка полученных характеристик и определение параметров диодов; исследование различных схем выпрямителей.

Порядок выполнения работы

Работа выполняется с использованием программы моделирования электронных устройств Electronics Workbench 5.12 с диодами, параметры которых приведены в таблице.

Таблица 1. Паспортные данные исследуемых диодов (расположены в библиотеке элементов drus)

Электрические параметры кремниевых диодов

КД213А

КД219А

Постоянное прямое напряжение не более, В

1

0,6

Постоянный обратный ток не более, мкА

200

20 000

Максимальный выпрямленный ток, мА

10 000

10 000

Предельно допустимое обратное напряжение, В

200

15

Максимальная рабочая частота, кГц

100

200

Общая емкость диода, пФ

В)

63 (0 В)

Эксперимент 1.

1. Собрали схему для исследования прямой ветви вольтамперных характеристик диодов, приведенную на рис. 1 и 2 (файл vax1diod. ewb). Для исследования использовали модели КД213А и КД219А диодов.

Рис.1

Рис.2

2. Установите режим работы вольтметра на измерение постоянного напряжения (DC). Изменяя выходной ток генератора тока от 0,5...100 мА, занесите в таблицу 2 результаты измерений напряжения на диодах для соответствующих значений тока.

Таблица 2

Диод

I, mA

0,5

1

2

3

4

5

10

15

20

25

30

40

45

50

100

КД213А

Uпр, В

723,8

741,8

759,7

770,2

777,6

783,4

801,3

811,8

819,3

825,0

829,8

837,2

840,2

843,0

860,9

КД219А

Uпр, В

262,7

282,8

302,9

314,6

323,0

329,4

349,5

361,3

369,6

376,1

381,4

389,8

393,2

396,3

416,5

По таблице постройте две вольтамперные характеристики для диодов, совмещенные на одном рисунке, рассчитайте статические и дифференциальные сопротивления диодов на прямой ветви. Используйте средства программы Excel.

 

Статическое сопротивление находится как отношение проекций точки, выбранной на линейном участке ВАХ диода

а дифференциальное сопротивление находится как отношение приращений

Сопротивления рассчитайте при значениях токов приблизительно 3 и 30 мА.

Таблица 1.2

Диод

I, mA

3

30

КД213А

R, Oм

256,7333

27,66

КД219А

R, Oм

104,8667

12,71333

КД213А

Ri, Oм

8,95

0,813333

КД219А

Ri, Oм

10,05

0,913333

Эксперимент 2.

Измерение емкости обратно-смещенного p-n-перехода диода.

Известно, что общая ёмкость перехода диода Сд = Сбар + Сдиф . При обратном смещении она определяется наличием нескомпенсированных объемных (пространственных) зарядов ионизированных атомов примесей, не участвующих в процессе протекания электрического тока, и называется барьерной емкостью диода Сбар. При этом диффузионная емкость Сдиф практически равна нулю. При прямом же смещении перехода его диффузионная емкость Сдиф, образуемая за счет диффузии неосновных носителей, преобладает.

Измерительная схема Сбар приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема измерения баръерной емкости p-n-перехода

На диод подается постоянное смещение U, которое можно изменять вручную задавая напряжение батареи Е, и небольшое переменное напряжение U1 частотой F =1 МГц. Емкость обратно-смещенного p-n-перехода диода Сp-n (или Сбар) образует с сопротивлением резистора R делитель напряжения. Измерив значения переменных напряжений U1 и U2, можно рассчитать емкость Сбар по формуле

Для повышения точности определения ёмкости Сбар сопротивление R подбирается таким образом, чтобы U2 ≈ 0,5 U1. Измерения производятся при различных значениях постоянного обратного напряжения U путем изменения напряжения батареи E от 0 до предпробойного состояния диода (Uобр max указывается в справочнике).

Используя файл «с диода. ewb» со схемой по рис. 1.6, снимите и постройте зависимости Сбар = f(U) для двух типов диодов (КД213А с Uобр max= 200 В, КД219А с Uобр max= 15 В). Результаты измерений переменного напряжения U2 в 10 точках и расчетов Сбар по приведенной выше формуле занесите в таблицу 3. Для построения графиков зависимостей используйте имеющиеся программные средства (Excel, Mathcad).

Таблица 3

Кремниевый диод КД213А

U, B

≈ -200

0

U2, mB

Cбар, пФ

Диод Шоттки КД219А

U, B

≈ -15

0

U2, mB

Cбар, пФ