Лабораторные работы по электронике

Методические указания к выполнению лабораторных работ по исследованию полупроводниковых диодов

Электроника – это область науки, техники и производства, охватывающая исследования и разработку электронных приборов и принципов их использования.

В основе развития электроники лежит непрерывное усложнение функций, выполняемых электронной аппаратурой. В связи с этим, знание основных свойств полупроводниковых приборов, ознакомление с их конструкцией и элементами технологии изготовления, а также методикой измерения параметров, является основополагающим для грамотного проектирования радиоэлектронных схем.

Цель предлагаемого цикла лабораторных работ заключается в том, чтобы в сжатом виде предоставить информацию об основных свойствах полупроводников и электронно-дырочных переходов, вольт – амперных характеристиках диодов, а также другие сведения о полупроводниковых диодах, которые наиболее часто требуются разработчикам радиоэлектронной аппаратуры. Кратко описан принцип действия, конструкция и технология изготовления полупроводниковых диодов. Приводятся электрические параметры диодов, методика их измерения, а также сведения об эксплуатационных свойствах диодов.

В основу предлагаемого цикла лабораторных работ по курсу «Электроника» положен системный подход к освоению лекционного материала, создающий общий фундамент, на базе которого возможна дальнейшая специализация студента в области электроники. Кроме того, при исследовании характеристик полупроводниковых диодов в лабораторных условиях студенты существенным образом повышают навыки работы с современными цифровыми приборами, в частности, с Digital Multimeter MY64 и DC POWER SUPPLY HY3005D-2.

Перед выполнением лабораторной работы студент должен повторить или усвоить самостоятельно теоретический материал по теме работы, знать цель работы, основные свойства и характеристики исследуемых полупроводниковых приборов.

До начала работы в лаборатории каждый студент должен ознакомиться с инструкцией по технике безопасности, о чем делается отметка в специальном журнале.

Лабораторные работы выполняются бригадой из 2-3 студентов на универсальных измерительных стендах. Все стенды содержат аналоговые и цифровые источники питания и четыре многофункциональных цифровых измерительных прибора.

Монтаж электрической схемы измерений производится с помощью комплекта соединительных проводов в соответствии со схемой, приведенной в инструкции к лабораторной работе. Собранную схему необходимо предъявить для проверки преподавателю или лаборанту и только с их разрешения включить питание стенда.

Проведение исследований осуществляется в соответствии с заданием и в указанной последовательности. Результаты измерений заносятся в протокол испытаний, который по окончании исследований должен быть представлен для проверки преподавателю.

В процессе выполнения лабораторной работы возможно возникновение следующих опасных факторов: поражение электрическим током и возникновение пожара вследствие того, что электропитание лабораторных установок осуществляется от электросети напряжением 220В частотой 50 Гц.

С целью обеспечения безопасности при работе на лабораторных установках следует руководствоваться ГОСТ 12.3.019-80 «Испытания и измерения электрические. Общие требования безопасности». Конструкции лабораторных установок выполнены с учетом требований ОСТ 40.4-78 «Оборудование учебно-лабораторное. Общие технические требования». В лабораторных установках применены стандартные приборы, выпускаемые промышленностью с учетом требований безопасности. Помещение, в котором находятся лабораторные установки, удовлетворяет требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004-76 и санитарным нормам СН-245-71.

При выполнении лабораторной работы запрещается:

приступать к выполнению лабораторной работы без инструктажа по технике безопасности и разрешения преподавателя;

включать силовые рубильники в лаборатории;

самостоятельно ремонтировать лабораторный стенд и измерительные приборы;

оставлять без наблюдения включенную лабораторную установку;

изменять конфигурацию схемы при включенном питающем напряжении;

загромождать рабочее место портфелями и другими предметами.

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ ДИОДОВ

Цель работы: изучение свойств германиевого и кремниевого выпрямительных полупроводниковых диодов при изменении температуры окружающей среды, измерение их вольт - амперных  характеристик и определение основных параметров .

Методические указания по подготовке к работе

Выпрямительными диодами называют полупроводниковые приборы с одним p-n–переходом, имеющие два вывода и предназначенные для выпрямления переменного тока. Вторым элементом обозначения этих диодов является буква «Д» (КД202А). Условное графическое изображение выпрямительного диода показано на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Графическое изображение выпрямительного диода (Iпр – направление прямого тока)

Вольт - амперная характеристика (ВАХ) выпрямительного диода представляет собой зависимость  тока, протекающего во внешней цепи диода, от значения и полярности напряжения,  прикладываемого к нему. Эту зависимость можно получить экспериментально или рассчитать  с помощью уравнения вольт - амперной характеристики идеализированного p-n–перехода

   (1.1)

где:  I0 – обратный ток насыщения;

φТ – температурный потенциал, равный (0,026 В) при комнатной температуре (Т = 300 К);

U – напряжение, прикладываемое к диоду.

В уравнение (1.1) напряжение U подставляется со знаком «плюс» при включении диода в прямом направлении и со знаком «минус» при включении диода в обратном направлении. Теоретический график ВАХ выпрямительного диода, рассчитанный с помощью выражения (1.1), представлен на рис. 1.2,а. При увеличении обратного  напряжения Uобр обратный ток Iобр, протекающий через p-n-переход диода, достигает  предельного значения I0 уже при Uобр = 0,1…0,2 В. Следует отметить, что чем больше ширина запрещенной зоны полупроводника и чем выше в нем концентрация примесей, тем меньше величина I0.

 

Рис. 1.2. Вольт – амперные характеристики выпрямительного диода:

 а – теоретическая; б – экспериментальная

При выводе уравнения (1.1) учитывались только диффузионные компоненты тока, протекающего через p-n-переход, и не учитывались такие явления, как термогенерация носителей зарядов в запирающем слое p-n-перехода, поверхностные утечки тока, падение напряжения на сопротивлении нейтральных областей полупроводника, а также наличие пробоя при повышении обратного напряжения. Поэтому теоретический график ВАХ выпрямительного диода отличается от графика ВАХ, снятого экспериментально (рис. 1.2,б).


На главную