Разработка и изготовление лабораторного стенда по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов

         МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Забайкальский государственный  университет»

(ФГБОУ ВПО «ЗабГУ»)

 

Факультет _дополнительного   профессионального_образования________________________

Кафедра __физики  и  техники_связи________________________________________________

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА (ПРОЕКТ)

 

 

по    дисциплине                «Физические основы электроники»___________________________

(наименование дисциплины)

 

на тему ____Разработка  и  изготовление_лабораторного __стенда  по   изучению_________

вольтамперных   характеристик  полупроводниковых   диодов__________________________

 

 

Выполнил студент группы __ТКО-12-1                 Цветков А.С.__________________________

(группа, фамилия, имя, отчество)

 

Руководитель  работы:______________Дружинин   А. П.________________________________     (должность, ученая степень, фамилия, имя, отчество)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Чита 2013

 

 

 

 

 

 

   МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Забайкальский государственный  университет»

(ФГБОУ ВПО «ЗабГУ»)

Факультет _дополнительного   профессионального_образования________________________

Кафедра __физики  и  техники_связи________________________________________________

 

 

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу (проект)

Студенту _________________Цветкову Алексею Сергеевичу____________________________

(фамилия, имя, отчество)

специальности (направления подготовки) ____________________________________________

1 Тема курсовой работы _ Разработка и изготовление лабораторного стенда, по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов_____________________________

2 Срок подачи студентом законченной  работы______28.05.2013 года_____________________

3 Исходные данные к работе ____Германиевые  диоды _______

4 Перечень подлежащих разработке  в курсовой работе вопросов:

___1. Измерение вольтамперных характеристик и параметров  диодов____________________

__2._Инструкция по  пользованию   лабораторным стендом__________________ _______________________________________________________________________________

 

5 Перечень графического материала  (если имеется):___________________________________

 

Дата выдачи задания ___01.02.2013 год__

Руководитель курсовой работы (проекта)___________        Дружинин Анатолий Прокопьевич

 

Задание принял к исполнению «_15_» ____февраля___ 2013 г.

Подпись студента _______________ / _Цветков Алексей Сергеевич

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

«Забайкальский  государственный университет»

(ФГБОУ  ВПО «ЗабГУ»)

Факультет Институт переподготовки повышения  квалификации

Кафедра Физики и техники связи

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

                                                                 к курсовой работе 

  по __________________Физическим основам электроники_____________________________

(наименование направления подготовки)

 

на тему ______________Разработка и изготовление лабораторного стенда, по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов___________________________ _____________________________________________________________________________

 

 

 

 

Выполнил студент группы ________ТКО -12-01        Цветков Алексей Сергеевич         (группа, Ф.И.О.)

 

Руководитель работы:_______________________ Дружинин Анатолий Прокопьевич __        (должность, ученая степень, Ф.И.О.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                          Реферат

Пояснительная записка  страниц 34, рисунков- 21, таблиц- 5, формул -3, библиография 6

ДИОД; ГРАФИК;НАПРЯЖЕНИЕ; ТОК; СОПРОТИВЛЕНИЕ;.

 

Цель курсовой работы: разработка и изготовление лабораторного стенда, по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов.

Задачи:

- изготовить  стенд;

- рассчитать дифференциальное  сопротивление для всех диодов;

- рассчитать сопротивление  на постоянном токе;

- рассчитать погрешность;

- построить графики  вольт-амперных характеристик полупроводниковых  диодов,

В результате выполнения работы был разработан лабораторный стенд по изучению вольтамперных  характеристик полупроводниковых  диодов, были построены графики прямых токов и обратных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение……………………………………………………………6

1 Полупроводниковые  диоды…………………………………………….7

1. Типы полупроводниковых диодов………………………………………7
2. Назначение и применение диодов………………………………………20
3. Общий принцип работы………………………………………………….21

2 Лабораторный стенд по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов…………………………………………………….22                           2.1  Принципиальная схема устройства………………………………………..22

2. Диод Д226Е …………………………………………………………...22
3. Диод Д310……………………………………………………………..23

      2.1.4 Диод Д106……………………………………………………………...24

2.2 Описание работы  лабораторного стенда…………………………………..25

2.3 Инструкция по использованию  лабораторного стенда для

 изучения вольтамперных  характеристик полупроводниковых  диодов……..31

Заключение………………………………………………………………………33

Список использованных источников ........................................................         34

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение 

Целью данной работы является разработка и создание прибора, предназначенного для изучения полупроводниковых диодов. Для исследования нами был выбран полупроводниковый диод, который наиболее характерно отражает почти все особенности и свойства полупроводниковой техники в целом и является одним из самых популярных электронных устройств в современной радиотехнике. При разработке я руководствовался тем, что собранный прибор должен быть прост в использовании при проведении лабораторных работ, а также не должен допускать установки таких параметров, которые могут привести к пробою диода. Результатом лабораторной работы должны быть измерения и графики, которые могли бы достаточно наглядно объяснить работу полупроводниковых диодов. 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

 

Полупроводниковый диод – это электропреобразовательный  полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами, в котором используются свойства р-n- перехода.

Полупроводниковые диоды классифицируются:

1. по назначению: выпрямительные, высокочастотные и сверхвысокочастотные (ВЧ- и СВЧ- диоды), импульсные, полупроводниковые стабилитроны (опорные диоды), туннельные, обращенные, варикапы и др.;
2. по конструктивно – технологическим особенностям: плоскостные и точечные;
3. по типу исходного материала: германиевые, кремниевые, арсенидо - галлиевые и др.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.1 – Устройство точечных диодов

 

В точечном диоде используется пластинка  германия или кремния с электропроводностью n- типа (рис.3.1), толщиной 0,1…0,6мм и площадью 0,5…1,5 мм2; с пластинкой соприкасается заостренная проволочка (игла) с нанесенной на нее примесью. При этом из иглы в основной полупроводник диффундируют примеси, которые создают область с другим типом электропроводности. Таким образом, около иглы образуется миниатюрный р-n- переход полусферической формы.

Для изготовления германиевых точечных диодов к пластинке германия приваривают проволочку из вольфрама, покрытого индием. Индий является для германия акцептором. Полученная область германия р- типа является эмиттерной.

Для изготовления кремниевых точечных диодов используется кремний n- типа и проволочка, покрытая алюминием, который служит акцептором для кремния.

В плоскостных диодах р-n- переход образуется двумя полупроводниками с различными типами электропроводности, причем площадь перехода у различных типов диодов лежит в пределах от сотых долей квадратного миллиметра до нескольких десятков квадратных сантиметров (силовые диоды).

Плоскостные диоды изготовляются  методами сплавления (вплавления) или  диффузии (рис. 3.2).

 

Рисунок 3.2 – Устройство плоскостных  диодов, изготовленных сплавным (а) и диффузионным методом (б)

 

В пластинку германия n- типа вплавляют при температуре около 500°С каплю индия (рис. 3.2, а) которая, сплавляясь с германием, образует слой германия р- типа. Область с электропроводностью р- типа имеет более высокую концентрацию примеси, нежели основная пластинка, и поэтому является эмиттером. К основной пластинке германия и к индию припаивают выводные проволочки, обычно из никеля. Если за исходный материал взят германий р- типа, то в него вплавляют сурьму и тогда получается эмиттерная область n- типа.

Диффузионный метод изготовления р-n- перехода основан на том, что атомы примеси диффундируют в основной полупроводник (рис. 3.2, б). Для создания р- слоя используют диффузию акцепторного элемента (бора или алюминия для кремния, индия для германия) через поверхность исходного материала.

 

3.1 Выпрямительные диоды

 

Выпрямительный полупроводниковый  диод – это полупроводниковый  диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный.

Выпрямительные диоды выполняются  на основе р-n- перехода и имеют две области, одна из них является более низкоомной (содержит большую концентрацию примеси), и называется эмиттером. Другая область, база – более высокоомная (содержит меньшую концентрация примеси).

В основе работы выпрямительных диодов лежит свойство односторонней проводимости р-n- перехода, которое заключается в том, что последний хорошо проводит ток (имеет малое сопротивление) при прямом включении и практически не проводит ток (имеет очень высокое сопротивление) при обратном включении.

Как известно, прямой ток диода создается основными, а обратный – не основными носителями заряда. Концентрация основных носителей  заряда на несколько порядков превышает  концентрацию не основных носителей, чем  и обусловливаются вентильные свойства диода.

Основными параметрами  выпрямительных полупроводниковых  диодов являются:

• прямой ток диода Iпр, который нормируется при определенном прямом напряжении (обычно Uпр = 1…2В);
• максимально допустимый прямой ток Iпр мах диода;
• максимально допустимое обратное напряжение диода Uобр мах, при котором диод еще может нормально работать длительное время;
• постоянный обратной ток Iобр, протекающий через диод при обратном напряжении, равном Uобр мах;
• средний выпрямленный ток Iвп.ср, который может длительно проходить через диод при допустимой температуре его нагрева;
• максимально допустимая мощность Pмах, рассеиваемая диодом, при которой обеспечивается заданная надежность диода.

По максимально допустимому  значению среднего выпрямленного тока диоды делятся на маломощные (Iвп.ср £ 0,3А), средней мощности (0,3А < Iвп.ср £ 10А) и большой мощности (Iвп.ср > 10А).

Для сохранения работоспособности германиевого диода  его температура не должна превышать +85°С. Кремниевые диоды могут работать при температуре до +150°С.

 

Рисунок 3.3 – Изменение вольт - амперной характеристики полупроводникового диода от температуры: а − для германиевого диода; б − для кремниевого диода

 

Падение напряжения при пропускании  прямого тока у германиевых диодов составляет DUпр = 0,3…0,6В, у кремниевых диодов − DUпр = 0,8…1,2В. Большие падения напряжения при прохождении прямого тока через кремниевые диоды по сравнению с прямым падение напряжения на германиевых диодах связаны с большей высотой потенциального барьера р-n- переходов, сформированных в кремнии.

С увеличением температуры прямое падение напряжения уменьшается, что  связано с уменьшением высоты потенциального барьера.

При подаче на полупроводниковый диод обратного напряжения в нем возникает незначительный обратный ток, обусловленный движением не основных носителей заряда через р-n- переход.