Методи та засоби вимірювань механічних зусиль

вольтметру установки на позначці „0” шкали.

    4. Послідовно збільшуючи напругу на діоді спочатку на 0,2В, а після 1В на 2В, зняти пряму галузь ВАХ діода.

    5. Установити перемикач В у положення 2 (зворотне включення діода).

    6. Послідовно збільшуючи зворотну напругу на  2В, зняти зворотну галузь ВАХ діода.

    7. Повторити п.п. 2 – 6 ще для чотирьох діодів.

    8. По експериментальним точкам побудувати ВАХ діодів.

 

Обробка результатів вимірювання

   

    1.Для кожного значення напруги розрахувати середні арифметичні            

        значення струму діодів

     2. Обчислити середньоквадратичне відхилення для кожного виміру струму                         

        по формулі:  

 

                                                   (1)    

        n – кількість вимірювань;

        x_i – i-те  значення виміру.

          x̅- середнє арифметичне значення струму.

      3. Використовуючи побудовані ВАХ розрахувати коефіцієнти випрямлення

        кожного з діодів при різних  значеннях напруги (К = I_пр / I_зв при U_пр = U_зв,      

       де  I_пр і I_зв – відповідно прямий та зворотний струм, який тече через діод;      

       U_пр і U_зв – відповідно пряма та зворотна напруга, що прикладаються до 

      діода).Коефіцієнти випрямлення

  

                                            Зворотнє включення діодів

№п/п	Uзв.В	Ізв,мкА	x̅,мкА	Sx,мкА
0	0	0	0.138	0,263
1	0,2	0,00012
2	0,4	0,00012
3	0,6	0,00012
4	0,8	0,00012
5	1	0,00012
6	2	0,00012
7	4	0,00012
8	6	0,00012
9	8	0,00012
10	10	0,00028
11	12	0,00034
12	14	0,00041
13	16	0,00065
14	18	0,00083
15	20	0,00150
16	22	0,03000
17	24	0,05800
18	26	0,12000
19	28	0,92000
20	30	1,62000

 

 

 

 

 

                                          Пряме включення діодів

№ п/п	Uпр,B	Iпр,мA	x̅,мА	Sx,мА
0	0	0	15,44	23,03
1	0,2	0,12
2	0,4	0,22
3	0,6	0,32
4	0,8	22
5	1	70

 

 

 

 

 

 

 

                                        

 

 

№п/п	U,B	Iпр,мА	Iзв,мкА	Квипр.
1	0,2	0,12	0,00012	1000,0
2	0,4	0,22	0,00012	1833,3
3	0,6	0,32	0,00012	2666,6
4	0,8	22	0,00012	183333,3
5	1	70	0,00012	583333,3

 

 

 

 

 

 

 

        Графіки  ВАХ при прямому та зворотному включенні діода наведені в  

       додатках

    4. Вибравши дві довільні точки на лінійній дільниці прямої та зворотної гілки

       ВАХ, розрахувати для діода диференційний опір для прямого та

       зворотного включення по формулі:

             R_д = dU / dI ≈ ∆U / ∆I = (U₂ – U₁) / (I₂ – I₁).                          (2)

       Для прямої  гілки

             R_д  = (1 В – 0,8 В)/ (70*10^–3 А – 22*10^–3 А) = 4 Ом

       Для зворотної  гілки

             R_д  = (28 В – 26 В)/ (0,81*10^–6 А – 0,13*10^–6 А) = 2512367 Ом

 

 

3.2.Вимір  профілю розподілу концентрації  домішок по товщині шару напівпровідника  вольт-фарадним методом

    Опис вимірювальної установки

    Вимірювання ємностей  структур здійснюється за допомогою установки для зняття ВФХ напівпровідникових діодів типу UED-1-1000, схема якої приведена на рис. 13.

    Постійний резистор R1 і змінний резистор R2 задають напругу на випробувуваному варикапі ИД, що складається з постійної і змінної складових. R_н - опір навантаження. Вольтметром V1 виміряють напругу джерела Е_см. Вольтметром V2 виміряють напругу на R_н, що пропорційна величині ємності ИД. Перемикач П служить для поперемінного підключення до вимірювального ланцюга ИД (положення 2) і еталонного конденсатора С_э.

 

 Р                                     Рис 13. Схема вимірювання ємності діода методом ємнісно-омічного  

          дільника:

            ИД – випробовуваний діод (варикап);

            Е_см – джерело постійної напруги;

            С_э – еталонний конденсатор;

            С_р – розділовий конденсатор;

            П- перемикач.

    Сутність методу ємнісно-омічного дільника полягає в наступному. Частота змінного сигналу, що подається від генератора високої частоти (рис.13), вибирається такий, що струм у вимірювальному ланцюзі визначається реактивним опором ємності випробовуваного діода, а активний опір діода виключається (відповідно до еквівалентної схеми діода місткість діода С_д і його активний опір R_н включені паралельно). Звичайно від генератора високої частоти на ИД подається змінний сигнал з частотою  f=1МГц. При такій умові зменшення напруги на R_н буде пропорційний ємності С_д. Підключив за допомогою перемикача П замість випробовуваного діода ИД еталонний конденсатор С_э, проводять градуювання шкали вольтметра V2 що виміряє зменшення напруги на навантаженні R_н в одиницях ємності. Ємність, що виміряється:

 

 

 С_Э– ємність еталонного конденсатора;

  U_Э – напруга на опорі навантаження при включенні еталонного конденсатора;

  U_Д – напруга на опорі навантаження при включенні діода, що виміряється.

 

   Порядок проведення роботи

1)Включити  установку в мережу і дати  їй прогрітися не менш 15 хвилин. 2)Підключити випробовуваний напівпровідниковий діод (запропонований викладачем) до вимірювальної установки.

3)Не подаючи  напругу на діод, по шкалі вимірювального  приладу оцінити бар'єрну ємність  діода при U=0В. Повторити вимірювання ємності     діода при зворотній напрузі 0В ще чотири рази. Розрахувати середнє значення ємності діода при зворотній напрузі 0В.

4)Подати на діод зворотну напруга 0,5В і виміряти значення ємності діода. Повторити вимірювання ємності діода при зворотній напрузі 0,5В ще чотири рази. Розрахувати середнє значення ємності діода при зворотній напрузі 0,5В.

5)Послідовно  збільшуючи напругу з кроком 0,5В,  зробити виміри  ємності діода  аж до 10В, виконуючи   вимірювання  п'ять разів для кожного значення  зворотної напруги та розраховуючи  середнє значення ємності.

6)Задані  значення зворотної напруги, обмірюваної  ємності С_б, C_б(сер)  і C_б^-2_(сер)   занести в таблицю:

 

 

 

Uзв,B	Сб,пФ	Cб-2,пФ
0,0	86,2	0,000137
0,5	74,2	0,000192
1,0	53,1	0,00036
1,5	49,2	0,000415
2,0	43,2	0,000533
2,5	40,1	0,000619
3,0	37,5	0,000704
3,5	34,8	0,000821
5,0	30,2	0,001082
7,0	27,3	0,001362
10,0	23,0	0,001924
15,0	18,7	0,00286
20,0	16,7	0,003543
25,0	15,3	0,004272
30,0	13,9	0,005176
35,0	13,4	0,005569
40,0	12,5	0,006299

 

 

7)Побудувати  графічні залежності  C_б(сер) від U  і C_б^-2_(сер)  від U.

8)Зробити  графічне диференціювання залежності  C_б^-2_(сер)(U) у декількох крапках (не менш десяти) і по формулах (5), (7) і, з урахуванням формули (8)(див.методичні рекомендації),визначити значення N і х. Тобто для кожного розрахованого середнього значення концентрації знаходять величину розширення області просторового

заряду х1_(сер), х2_(сер), х3_(сер) і т.д.

Примітка: При розрахунках з використанням формул (5), (7), (8),використовувати середні значеня бар'єрної ємності діода, розраховані для кожного значення зворотної напруги.

9)Побудувати графічну залежність N(x).

10)Оцінити середнє квадратичне відхилення для кожного виміру величини С_б, використовуючи формулу (3).

 

Глибина, Х *10(-6)см	Концентрація,N*10^(21)
0,95	23,91
0,88	21,6
0,81	20,23
0,76	19,6
0,72	16,8
0,67	15
0,62	12,3
0,58	10

 

      Cереднє квадратичне відхилення    =18,8375

 

 

                                                 Висновок

     У данній курсовій роботі я проаналізував теоретичне завдання на тему : «Методи  вимірювання механічних зусиль».

    По першій задачі я розрахував  коефіцієнти випрямлення кожного з діодів  при різних значеннях напруги К випр=0; 1000; 1833,333; 2666,667; 183333; 583333,3при таких значеннях напруги U = 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1 відповідно. Розрахував   для діода диференційний опір для прямого та зворотного включення R_д  = 4 Ом – для прямої гілки, R_д  = 2512367 Ом – Для зворотної гілки. Побудував графіки ВАХ для прямого та зворотного підключення діоду.

    У другій задачі я розраховув концентрацію та глибину Х =(0,95; 0,88; 0,81;  

  0,76; 0,72; 0,67; 0,62;0,58) *10(-6)см, N=(23,91; 21,6; 20,23; 19,6; 16,8; 15;

  12,3;10) *10^(18) відповідно. Побудував графіки залежності залежності С_б від U

  і C_б^-2 від U, графічну залежність N(x).