Данный материал представляет собой методическое руководство по лабораторной работе, посвященной исследованию полупроводниковых диодов. В статье подробно рассматриваются принципы работы выпрямительных и импульсных диодов, сравниваются характеристики германиевых и кремниевых приборов, а также описываются ключевые параметры, такие как прямое напряжение, обратный ток и режимы пробоя р-п-перехода. Приведены формулы для расчета статического и динамического сопротивления.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Снятие и анализ вольтамперных характеристик полупроводникового выпрямительного диода, стабилитрона и тиристора; определение их параметров по характеристикам.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ
1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ
Полупроводниковый диод содержит один р-п-переход и имеет два вывода: вывод А (анод) от р-области и К (катод) от п-области. Наиболее распространены и обширны две группы германиевых и кремниевых диодов – выпрямительные и импульсные, называемые в некоторых справочниках универсальными.
Выпрямительные диоды, в которых используется основное свойство р-п-перехода – его односторонняя электропроводность, применяют главным образом для выпрямления переменного тока в диапазоне частот от 50 Гц до 100 кГц. Импульсные диоды применяют в схемах электронных устройств, работающих в импульсных режимах.
Анализ типовых ВАХ диодов (
) показывает, что прямое напряжение Uпр на германиевом диоде почти в два раза меньше, чем на кремниевом, при одинаковых значениях прямого тока Iпр, а обратный ток Iобр кремниевого диода значительно меньше обратного тока германиевого диода при одинаковых обратных напряжениях. К тому же, германиевый диод начинает проводить ток при ничтожно малом прямом напряжении Uпр, а кремниевый – только при Uпр = 0,4…0,5 В.
Исходя из этих свойств, германиевые диоды применяют как в схемах выпрямления переменного тока, так и для обработки сигналов малой амплитуды (до 0,3 В), а кремниевые, наиболее распространённые – как в схемах выпрямления, так и в схемах устройств, в которых обратный ток недопустим или должен быть ничтожно мал. Кроме того, кремниевые диоды сохраняют работоспособность до температуры окружающей среды 125…150 С, тогда как германиевые могут работать только до 70 С.
| ΔUпр | ΔIобр | Iпр | Uпр | Iобр | Uобр | Si | Ge | Si | Ge | ΔIпр | 0 | ΔUобр |
| Rпр.ст = Uпр/Iпр | Rпр.дин = ΔUпр/ΔIпр | Rобр.ст = Uобр/Iобр | Rобр.дин = ΔUобр/ΔIобр |
Основные параметры выпрямительного диода приводятся в его техническом паспорте и сравниваются (для принятия решения его использования в схеме электронного устройства) с параметрами, определёнными по снятым характеристикам:
- прямое постоянное напряжение Uпр при определённом для каждого диода прямом постоянном токе Iпр;
- обратный ток Iобр при определённом обратном постоянном напряжении Uобр;
- максимально допустимое обратное напряжение Uобр.max. Превышение Uобр.max переводит диод в режим пробоя. Различают электрический и тепловой пробои р-п-перехода. Электрический пробой может быть лавинным или туннельным и не сопровождается разрушением р-п-перехода. Тепловой пробой, как правило, приводит к разрушению р-п-перехода и выводу диода из строя;
- максимально допустимый прямой ток Iпр.max, обычно определяемый как средний за период прямой ток в схеме однополупериодного выпрямителя.