ВИВЧЕННЯ РОБОТИ напівпровідникові діоди
Мета роботи: ознайомлення з вольт-амперної характеристикою і випрямляючих дією напівпровідникового діода, порівняння виміряної вольт-амперної характеристики з теоретичної.
З розвитком напівпровідникової техніки все більше застосування в випрямних пристроях промислової електроніки знаходять напівпровідникові випрямлячі-діоди.
У порівнянні з електронними лампами кристалічні напівпровідникові випрямлячі мають ряд переваг - вони мають малі розміри і великий термін служби, споживають малі потужності, завжди готові до роботи (в той час як попередній розігрів електронних ламп вимагає декількох хвилин), не мають тендітних скляних частин.
Недоліком напівпровідникових діодів є сильна температурна залежність їх електричних характеристик.
Для пристрою напівпровідникових діодів використовується випрямляє дію контакту напівпровідників з різними типами провідності або металу з напівпровідником. Одностороння (монополярная) провідність таких контактів пов'язана з існуванням контактної різниці потенціалів між двома дотичними тілами.
Як приклад розглянемо контакт двох напівпровідників з різними типами провідності, т. Е. Контакт напівпровідників n- і р-типу. Нехай вони обрані так, що робота виходу напівпровідника р-типу більше, ніж робота виходу напівпровідника n-типу.
Таким чином, контактний шар є замикаючим шаром з підвищеним опором. Ширина замикаючого шару, а отже, і його опір істотно залежать від величини і напрямки прикладеного до р-n-переходу зовнішнього електричного поля (типова ширина р-n переходу »1мкм). Коли зовнішнє електричне поле EB збігається за напрямком з контактним полем Еk (див. Рис. 1, б), воно підсилює поле контактного шару, що призводить до зростання потенційного бар'єру, збільшення ширини замикаючого шару, його опору. Такий напрям зовнішнього електричного поля називається запірним або зворотним напрямком.
Якщо зовнішнє електричне поле Еb у напрямку протилежно контактному полю Еk (див. Рис. 1, в), то поле в приконтактной області слабшає, потенційний бар'єр зменшується і носії струму рухаються в бік контакту. Ширина замикаючого шару і його опір при цьому теж зменшуються. Такий напрям зовнішнього електричного поля називається пропускним або прямим. Включаючи р-n-перехід в ланцюг зі змінним електричною напругою, можна отримати значні величини струму тільки в одному напрямку, т. Е. Можна випрямити змінний струм. Дійсно, протягом однієї половини періоду (пряме напрямок зовнішнього електричного поля) через випрямляч протікає значний струм, а протягом другої - струм малий (зворотний напрямок зовнішнього поля). Прямий струм може в кілька сотень разів перевищувати зворотний при одному і тому ж абсолютному значенні напруги.
При виготовленні промислового діода використовується р-n-перехід в одному кристалі. Отримати подібний р-n-перехід вдається шляхом введення різних домішок в різні ділянки одного і того ж кристала. На р- і n-областях кристала створюються невипрямляющімі контакти для включення діода в ланцюг. Найбільш широке застосування для виготовлення діодів отримали такі напівпровідникові матеріали, як Ge, Si, SiCі інші. На схемах напівпровідниковий діод зображується так, як показано на рис. 1, г. Стрілка вказує прямий напрямок зовнішнього поля.
Основною характеристикою напівпровідникового діода є його вольт-амперна характеристика, тобто залежність струму, що проходить через діод, від величини і напрямки прикладеного до діода напруги. Загальний вигляд вольт-амперної характеристики напівпровідникового діода показаний на рис. 2. З цього малюнка слід, що вольт-амперна характеристика діода є нелінійної.
Теоретична залежність токаI, що проходить через напівпровідниковий діод, від прикладеної до нього напруги U записується в наступному вигляді:
гдеIs - величина, що залежить від властивостей напівпровідника і постійна при даній температурі Т; е - основа натуральних логарифмів, q - заряд електрона, k - постійна Больцмана, - безрозмірний коефіцієнт, що залежить від ширини замикаючого шару (зазвичай »1).
З формули (1) випливає, що в прямому напрямку (коли U> 0) струм зростає експоненціально зі збільшенням U. У зворотному ж напрямку (U<0) с увеличением напряжения