Исследование полупроводниковых диодов

 

Цель работы - снятие и анализ вольт - амперных харак­теристик германиевого и кремниевого диодов; определение их пара­метров по характеристикам (рис.1, а, б).

Пояснения. Полупроводниковый диод содержит один р - n - переход и имеет два вывода от р и n -областей. Наиболее расп­ространены и обширны две группы диодов - выпрямительные и импульсные, называемые в некоторых справочниках универсальными.

Выпрямительные диоды, в которых используется основное свойс­тво р-n -перехода - его односторонняя электропроводность, применяются главным образом для выпрямления переменного тока в диапазоне частот от 50 Гц до 100 кГц.

Импульсные диоды применяют в импульсных режимах работы.

Работа полупроводникового диода в электрической схеме опре­деляется, его вольт - амперной характеристикой (ВАХ).

Прямую ветвь ВАХ снимают, включив испытуемый диод в схему, показанную на рис.1,а. Прямой ток через диод задается генератором тока ГТ, характерной особенностью которого является слабая зави­симость выходного тока от сопротивления нагрузки. Плавно увели­чивая ток генератора ГТ, измеряют прямое напряжение U_ПР диода для ряда значений прямого тока I_ПР.

Обратную ветвь ВАХ снимают, включив испытуемый диод в схему, показанную на рис.1,6. Плавно увеличивая от нуля выходное напряжение ГНЗ, измеряют обратный ток диода для ряда значе­ний обратного напряжения U_ОБР.

Анализ типовых ВАХ германиевого и кремниевого диодов (рис.2) позволяет сделать следующие выводы:

- прямое падение напряжения U_ПР на германиевом диоде почти в два раза меньше, чем на кремниевом, при одинаковых значениях прямого тока I_ПР;

-германиевый диод начинает проводить ток при ничтожно малом прямом напряжении U_ПР, а кремниевый – только при U_ПР=0,4...0,6 В;

- обратный ток кремниевого диода значительно меньше обратного тока германиевого при одинаковых обратных напряжениях.

Эти выводы позволяют разграничить назначение германиевых и кремниевых диодов. Германиевые диоды применяют для обработки сигналов малой амплитуду (до 0,3 В). Кремниевые диоды при подаче на них сигналов такой амплитуды одинаково плохо проводят ток, как в прямом, так и в обратном направлениях. Кремниевые диоды при подаче на них сигналов такой амплитуды одинаково плохо проводят ток, как в прямом, так и в обратном направлениях. Кремниевые диоды распространены шире, чем германиевые, и применяются в тех случаях, когда большой обратный ток недопустим. Кроме того, они сохраняют работоспособность до температуры окружающей среды 255…150°С, тогда как германиевые могут работать только до 70°С.

Основными параметрами выпрямительных диодов являются:

- постоянное прямое напряжение U_ПР при определенном для каж­дого диода постоянном прямом токе или среднее прямое напряжение U_ПР._СР в схеме однополупериодного выпрямителя при определенном среднем прямом токе I_ПР.СР и максимально допустимом обратном напряжении;

- постоянный обратный ток I_ОБР. при определенном постоянном обратном напряжении, или средний обратный ток I_ОБР.СР в схеме однополупериодного выпрямителя при максимально допустимом обратном напряжении и определенном среднем прямом токе;

- максимально допустимое постоянное обратное напряжение U_ОБР.MAX;

- максимально допустимый, средний прямой ток I_{ПР.СР.MAX}, обычно определяемый как средней за период прямой ток в схеме однополупериодного выпрямителя.

Превышение U_ОБР.MAX переводит диод в режим пробоя. Различают электрический и тепловой пробои р-n-перехода. Электрический пробой может быть лавинным или туннельным и не сопровождаться разрушением р-n-перехода (участок аб на рис.2). Тепловой про­бой, как правило, приводит к разрушению р-n-перехода и выходу диода из строя (участок бв на рис. 2).