Методика выполнения работы

Цель работы: изучение экспериментальной зависимости силы тока по­лупроводникового стабилитрона от напряжения.

Рис. 1.26. Электрическая схема опыта (в скобках показана полярность при измерении обратного тока)

Приборы и принадлежности: источник регулируемого постоянного на­пряжения (ИПН), электронный миллиамперметр (mА), электронный вольт­метр (V), схемная плата со стабилитроном (D), ограничительным резисто­ром (R) и проводниками.

Схема опыта

Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь согласно схеме, приведенной на рис. 1.26.

2. Установите на ИПН ручки регулировки напряжения в крайнее левое положение; пределы измерения напряжения на вольтметре - 2 В, тока на миллиамперметре - 100 мА. Включите приборы и после 5-минутного про­грева аппаратуры приступайте к измерениям.

3. Повышая напряжение на стабилитроне, добейтесь появление заметного (~ 0,1 мА) прямого тока. С помощью вольтметра измерьте U_откр (напряжение, при котором появляется прямой ток в p-n переходе). Продолжая плавно повышать напряжение, через каждые 0,05 В проводите измерения прямого тока стабилитрона I_пр. Максималь­ное значение прямого тока не должно превышать предельного значения I_{пр max}, указанного в паспорте установки. Необходимо снимать показания при измерении прямого тока (область 1 ВАХ) не менее 10-12 раз. После за­вершения измерения прямого тока уменьшите напряжение на ИПН до 0. Данные запишите в табл. 1.3.

Таблица 1.3

4. Установите пределы измерения напряжения на вольтметре: 20 В, тока на миллиамперметре: 10 мкА. Переключите полярность напряжения на схемной плате и прове­дите измерения (через 1 В) обратного тока стабилитрона (область 2 ВАХ). Измерения необходимо проводить до наступления электрического пробоя р-п перехода (при пробое сила обратного тока увеличивается в несколько раз). Данные запишите в табл. 1.4

Таблица 1.4

5. Установите пределы измерения тока на миллиамперметре - 10 мА. Плавно увеличивая обратное напряжение, через каждые 0,01 В проведите измерения силы обратного тока р-п перехода в состоянии электрического пробоя (область 3 ВАХ). Максимальное значение обратного тока не должно превышать предельно­го значения I_{обр max}, указанного в паспорте установки. После завершения измерений уменьшите напряжение на ИПН до 0, отсоедините контакты питания цепи и выключите приборы. Данные запишите в табл. 1.5.

Таблица 1.5.

Задание

1. По экспериментальным данным постройте ВАХ стабилитрона.

2. Рассчитайте теоретическое значение тока насыщения I_нас по формуле:

(1.36)

где I_max , U_max – наибольшие значения прямого тока и напряжения, полу­ченные в эксперименте.

3. Постройте график зависимости от U для области 1 ВАХ. Определите линейный участок этой зависимости.

Контрольные вопросы

1. Собственные (чистые) полупроводники; энергетические зоны валент­ных и свободных электронов в собственных полупроводниках; виды носи­телей в собственных полупроводниках и их концентрация.

2. Электронные невырожденные полупроводники; заряды в полупроводниках п-типа; расположение донорных уровней; зависимость концентрации электронов от температуры.

3. Дырочные невырожденные полупроводники; заряды в полупроводниках р-типа, расположение акцепторных уровней; зависимость концентрации дырок от температуры.

4. Вырожденные электронные и дырочные полупроводники; заполнение энергетических зон в вырожденных полупроводниках.

5. Способы изготовления р-п переходов; процессы, приводящие к образо­ванию контактного электрического поля в области перехода; зависимость глубины проникновения контактного поля в полупроводник и ширины р-n перехода от концентрации носителей.

6. Энергетический барьер для электронов и дырок между р- и п-областями; его величина при прямом и обратном смещении.

7. Природа диффузионного тока в р-п переходе; зависимость электрон­ной и дырочной составляющих диффузионного тока от концентрации ос­новных носителей в р- и п-областях; зависимость I_диф от напряжения сме­щения р-п перехода.

8. Природа дрейфового тока в p-n переходе; зависимость дрейфового тока от температуры.

9. Уравнение Шокли для тока в p-n переходе. Отклонение реальной ВАХ от теоретической.

10. Электрический пробой p-n перехода; виды электрического пробоя; тепловой пробой.

Список литературы

1. Безвербный А. В. Физические основы электроники: Учеб. пособие. -Владивосток: ДВГМА, 1997. - С. 22-53.

2. Спиридонов О. П. Физические основы твердотельной электроники: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк. 2008. С. 128–140.

3. Лачин В. И., Савелов Н. С. Электроника: Учеб. пособие. - Ростов н/Д: Феникс, 2000. - С. 10-35.

РАЗДЕЛ 2