Исследование характеристик и параметров электронно-дырочных переходов (стр. 3 )

2. Определить величину сопротивления RБ по формуле
,
где UВХ МАКС – максимальное значение напряжения, получаемого от источника; UСТ НОМ – напряжение стабилизации (справочный параметр);

IСТ МАКС – максимальное значение тока стабилизации (справочный параметр).

3. Собрать схему для снятия прямой ветви ВАХ перехода, для этого использовать источник входного напряжения (см. рис.16).

4. Снять прямую ветвь ВАХ перехода UПРЯМ = f ( IПРЯМ ), изменяя прямой ток в пределах от 0 до 50 мА.

5. Собрать схему для снятия обратной ветви вольт-амперной характеристики перехода (см. рис.18). Для этого необходимо подключить к соответствующим гнездам стенда переменный резистор RБ и цифровой вольтметр (V) для измерения напряжения стабилизации UСТ.

6. Подготовить схему лабораторной установки для работы, для чего установить регулятор переменного резистора RБ в положение, соответствующее максимальному значению сопротивления. Включить тумблер питания стенда в положение «сеть» и переключателями «UВЫХ», «грубо» и «точно» установить напряжение выходного источника UВЫХ = 25 В. Плавно уменьшая величину сопротивления RБ, выставить на миллиамперметре значение IСТ МАКС исследуемого электронно-дырочного перехода. Цифровым прибором типа В7-20 измерить величину сопротивления RБ.

7. Снять зависимость UСТ = f ( IСТ ) при комнатной температуре. При снятии обратной ветви вольт-амперной характеристики перехода, работающего в режиме электрического пробоя, удобнее задавать ток через переход и отмечать при этом напряжение стабилизации UСТ. Ток перехода следует изменять в пределах от 0 до IСТ МАКС. Результаты измерения свести в таблицу 4.

Таблица 4

Пример оформления экспериментальных данных

IСТ, мА	0,01	0,03	0,1	0,3	1	3	10	15	20	25	IСТМАКС
UСТ, В Т=20° С
UСТ, В Т=70° С

8. Исследуемый переход поместить в термостат, предварительно разогретый до температуры 70° С. Через 5 минут повторить пункты 3,4,5 и 7.

9. Заменить один исследуемый электронно-дырочный переход на другой переход. Повторить пункты с 1 по 8.

Обработка экспериментальных результатов

1. Для всех исследуемых электронно-дырочных переходов, предназначенных для работы в режиме электрического пробоя, определить значения IСТ МАКС,
IСТ МИН. Номинальный ток стабилизации перехода определить по формуле
IСТ НОМ = 1/2 × (IСТ МАКС + IСТ МИН).

2. Для всех исследуемых переходов, используя прямые ветви характеристик, снятые при комнатной и повышенной температурах, определить значения температурного коэффициента напряжения прямой ветви

ТКНПРЯМ = при IПРЯМ = IСТ НОМ.

3. Для всех исследуемых переходов, используя обратные ветви вольт-амперных характеристик, снятые при различных температурах, определить значение температурного коэффициента напряжения стабилизации

ТКНСТ = при IСТ = IСТ НОМ.

4. Для всех исследуемых переходов по вольт-амперным характеристикам, снятым при комнатной температуре, определить для номинального режима:

а) дифференциальное сопротивление обратносмещенного перехода в рабочей точке

rСТ = ,

где DUСТ соответствует изменениям тока от IСТ МАКС до IСТ МИН ;

б) статическое сопротивление перехода RСТ = UСТ НОМ / IСТ НОМ.

5. Для переходов с различным механизмом пробоя определить сопротивление базы. Для этого рассчитать дифференциальное сопротивление перехода в области «больших» токов прямой ветви вольт-амперной характеристики:

rБ » rДИФ = DUПРЯМ / DIПРЯМ = ( U2 –U1 ) / (I2 – I1) ,

где I2 – максимальное измеренное значение прямого тока перехода;

I1 – составляет примерно 0,8 I2 ; значения прямого напряжения U2, U1 соответствуют значениям тока I2, I1.

Сравнить полученные значения.

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Каждый отчет должен содержать:

·  формулировку цели исследования;

·  типовые параметры исследуемых электронно-дырочных переходов;

·  схемы для экспериментальных исследований;

·  таблицы экспериментальных данных;

·  графики вольт амперных характеристик исследуемых электронно- дырочных переходов при комнатной и повышенной температурах;

·  график теоретической ВАХ германиевого электронно-дырочного перехода (только для лабораторного задания №1);

·  расчет параметров исследованных электронно-дырочных переходов;

·  сводную таблицу со справочными, экспериментальными и расчетными данными;

·  анализ полученных результатов.

Пример оформления титульного листа приведен в приложении 1.

7. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1.  Какой полупроводник называется собственным?

2.  Какой полупроводник называется примесным?

3.  Что такое энергия (уровень) Ферми?

4.  Укажите и поясните расположение уровня Ферми для собственного полупроводника, примесных полупроводников p - и n-типов.

5.  Как зависит положение уровня Ферми примесных полупроводников от концентрации примеси и температуры?

6.  Как связаны концентрации основных и неосновных носителей заряда в полупроводнике n-типа?

7.  Что такое равновесная концентрация электронов и дырок и как она зависит от материала полупроводника, температуры?

8.  Как зависит концентрация основных и неосновных носителей заряда от степени легирования и температуры?

9.  Объясните механизм образования p-n перехода.

10.  Нарисуйте распределение объемных и подвижных зарядов, напряженности электрического поля и потенциала в области несимметричного p-n перехода в равновесном состоянии.

11.  В чем заключаются условия равновесия p-n перехода?

12.  Что такое контактная разность потенциалов и от чего она зависит?

13.  Нарисуйте энергетическую диаграмму несимметричного p-n перехода в равновесном состоянии.

14.  Нарисуйте энергетическую диаграмму прямосмещенного p-n перехода.

15.  Как зависит ширина p-n перехода от концентрации примеси и от при-ложенного напряжения?

16.  Что такое инжекция носителей заряда?

17.  Нарисуйте энергетическую диаграмму обратносмещенного p-n перехода.

18.  Что такое экстракция носителей заряда?

19.  Запишите выражение для вольт-амперной характеристики идеального p-n перехода.

20.  Нарисуйте вольт-амперные характеристики германиевого, кремниевого и арсенидо-галлиевого переходов и объясните их отличие.

21.  Объясните влияние температуры на ход вольт-амперной характеристики p-n перехода.

22.  Как влияет сопротивление базы на ход прямой ветви характеристики p-n перехода?

23.  Как зависит величина обратного тока p-n перехода от концентрации примеси и температуры?

24.  Объясните зависимость обратного тока в реальных p-n переходах от величины обратного напряжения.

25.  Что такое пробой?

26.  Назовите основные виды пробоев p-n переходов.

27.  Поясните механизм и условия возникновения теплового пробоя.

28.  Как влияет температура окружающей среды на напряжение теплового пробоя?

29.  Какие виды пробоев используются в стабилитронах?

30.  Поясните механизм и условия возникновения лавинного пробоя.

31.  Поясните механизм и условия возникновения полевого пробоя.

32.  Как зависит величина напряжения стабилизации от степени легирования базы?

33.  Почему в качестве материала для электронно-дырочных переходов, пред-назначенных для работы в режиме электрического пробоя, выбран кремний, а не германий?

34.  Почему с ростом температуры напряжение стабилизации для переходов с лавинным пробоем увеличивается?

35.  Почему с ростом температуры напряжение стабилизации для переходов с полевым пробоем уменьшается?

36.  Нарисуйте схему для экспериментальных исследований. Поясните назначение элементов схемы и порядок экспериментальной работы.

8. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.  Электронные приборы: Учебник для вузов / , ,
и др.; Под ред. . 4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 19с.

2.  Батушев приборы: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 19с.

3.  , Чиркин приборы: Учебник для вузов. 5-е изд., исправл. СПб.: изд-во «Лань», 20с.

4.  , , Тулинов приборы: Учебник для вузов. Минск: Высшая школа, 19с.

5.  , Гусев : Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 19с.

6.  , Устыленко теории p-n перехода: Учеб. пособие. Екатеринбург: -во УМЦ УПИ», 20с.

7.  Федотов физики полупроводниковых приборов. 2-е изд., испр. и доп. М.: Сов. радио, 19с.

8.  Епифанов твердого тела: Учеб. пособие для втузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 19с.

9.  Ржевкин принципы действия полупроводниковых приборов. М.: МГУ, 19с.

10.  , , Чарыков приборы: Учебник для вузов / Под. ред. . М.: Энергоатомиздат, 1990.
576 с.

11.  Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Кн. 1: Пер. с англ.
2-е изд. перераб. и доп. М.: Мир,19с.

12.  , , Терехов электронной техники. Задачи и вопросы: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. . М.:
Высш. шк., 19с.

13.  Жеребцов электроники: Учеб. пособие для вузов. 5-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат,19с.

14.  , Зеленский функциональной электроники и электрорадиоэлементы. М.: Радио и связь, 19с.

15.  Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: Справочник / Под ред. . М.: Энергоатомиздат, 19с.

16.  Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные, стабилитроны, тиристоры: Справочник / Под ред. , 2-е изд., стер. М.: Радио и связь: изд. фирма "КУбК-а", 19с.

17.  Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам/ Под общ. ред. . 4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 19с.

18.  Транзисторы и полупроводниковые диоды: Справочник / Под общ. ред.
. М.: Связьиздат, 19с.

Приложение 1

Пример оформления титульного листа отчета по лабораторной работе

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»

Кафедра «Радиоэлектроника информационных систем»

Оценка работы __________

Преподаватель

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫХ ПЕРЕХОДОВ

Отчет по лабораторной работе № 1

по дисциплине «Физические основы электроники»

Преподаватель ____________________ _________ Ф. И.О. преподавателя

Студент ____________________ _________ Ф. И.О. студента

Группа Р-13041

Екатеринбург 2003

Приложение 2

Параметры германиевых выпрямительных полупроводниковых диодов

Параметры	Д7Ж	Д302	Д305	ГД107А	ГД113А	ГД507А
Среднее прямое напряжение Uпр, В	0,5	0,25	0,3	1,0	1,0	0,5
Импульсное прямое напряжение, В						4,0
Средний обратный ток, мкА, при Uобр=Uобр макс	100	800	2500	20	250	50
Максимально допустимое обратное напряжение, В	400	200	50	15	115	20
Средний прямой ток Iпр макс, мА	300	1000	10000	20	15	16
Импульсный прямой ток, мА	1000	4000	20000		48	200
Рабочая частота, кГц	2,4	5,0	5,0

Приложение 3

Параметры кремниевых выпрямительных полупроводниковых диодов

Параметры	Д226А	Д242Б	КД102Б	КД103А	КД105Б	КД106А
Среднее прямое напряжение Uпр, В	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Импульсное прямое напряжение, В				2,5
Средний обратный ток, мкА, при Uобр=Uобр макс	50	3	0,1	1,0	100	10
Максимально допустимое обратное напряжение, В	300	100	300	50	400	100
Средний прямой ток Iпр макс, мА	300	5000	100	100	300	300
Импульсный прямой ток, мА	2500	15000	2000	2000	15000	3000
Рабочая частота, кГц	1,0	1,2		20	1,0	30

Приложение 4

Параметры стабилитронов с полевым пробоем