Разработка и изготовление лабораторного стенда по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов

n–p-переход обладает удивительным  свойством односторонней проводимости.

Рисунок 1 - Образование запирающего  слоя при контакте полупроводников p- и n-типов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.   Лабораторный стенд по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов.

 

2.1 Принципиальная  схема устройства.

Устройство состоит из источника  питания, измерительных приборов (миллиамперметр и вольтметр), исследуемых диодов и переключателя режимов включения  диодов. Источник   питания схемы  собран на понижающем трансформаторе, выпрямителе и стабилизаторе  напряжения. Применен миллиамперметр интегральный цифровой, с автономным питанием ДТ-834 , с диапазоном измерения от 1мкА до 2000 мА. Вольтметр аналогичный, с диапазоном измерения от 1 мВ до 20 В. Для снятия характеристик применены германиевые диоды марок  Д-106, Д-310, Д-226Е. Схема коммутации включения выполнена на галетном переключателе  4П-11П.

 

Рисунок 2 – Принципиальная схема прибора

 

2.1.2 Диод Д226Е

 

Диод Д226Е относится к классу "Выпрямительные диоды малой мощности".

Рисунок 3 – диод Д226

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Табл.1. Основные параметры диода  Д226Е

 

Тип   прибора	Предельные значения  параметров при Т=25°С			Значения параметров  при Т=25°С				Тк.мах  (Тп.)    °С
	Uобр.макс.  (Uобр.и.мак.)  B	Iпр.макс.  (Iпр.и.мак.)  mA	Iпрг.    A	fраб.  (fмакс.)  kГц	Uпр.    B	при  Iпр.  mA	Iобр.    mkA
Д226Е	(200)	300	-	-	1,0	300	50	80

 

4. Диод Д310

 

Диод Д310 относится к классу "Диоды  универсальные и импульсные".

Рисунок 4 – Диод Д310

 

Диоды универсальные и импульсные отличаются от выпрямительных малым  временем обратного восстановления, или большой величиной импульсного тока. Диоды этой группы могут быть использованы в выпрямителях на высокой частоте, например, в качестве детектора или модуляторах, преобразователях, формирователях импульсов, ограничителях и других импульсных устройствах.

Диод Д310 германиевый, диффузионный, импульсный. 
Предназначен для применения в запоминающих и логических устройствах. 
Выпускается в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. 
Тип диода и схема соединения электродов с выводами приводятся на корпусе. 
Масса диода не более 0,7 г.

Основные технические характеристики диода Д310: 
• Uoбp max - Максимальное постоянное обратное напряжение: 20 В; 
• Inp max - Максимальный прямой ток: 500 мА; 
• Inp и max - Максимальный импульсный прямой ток: 0,8 А; 
• Сд - Общая емкость: 15 пФ при Uoбp 20 В; 
• Unp - Постоянное прямое напряжение: не более 0,55 В при Inp 500 мА; 
• Ioбp - Постоянный обратный ток: не более 20 мкА при Uoбp 20 В.

 

 

 

 

Таблица 2 - Основные параметры диода  Д310

 

Тип   прибора	Предельные значения  параметров при Т=25°С		Значения параметров  при Т=25°С					Тк.мах  (Тп.)    °С
	Uобр.макс.  (Uобр.и.мак.)  B	Iпр.макс.  (Iпр.и.мак.)  mA (A)	fраб.  (fмакс.)  mГц	Cд    пФ	Uпр.    B	при  Iпр.  mA	Iобр.    mkA
Д310	20	500 (0,8)	-	15	0,55	500	20	70

 

2.1.4 Диод Д106

 

Диод Д106 относится к классу «Выпрямительные диоды малой мощности».

Рисунок 5 – Выпрямительный диод Д106

 

Диоды кремниевые Д106, микросплавные, универсальные.  
Предназначены для применения в системах АРУ, дискриминаторах, видеоусилителях.

Тип диода и схема соединения электродов с выводами приводятся на корпусе.Масса диода не более 0,53 г.

Основные технические характеристики диода Д106: 
• Uoбp max - Максимальное постоянное обратное напряжение: 100 В; 
• Inp max - Максимальный прямой ток: 30 мА; 
• fд - Рабочая частота диода: 150 кГц; 
• Unp - Постоянное прямое напряжение: не более 2 В при Inp 2 мА; 
• Ioбp - Постоянный обратный ток: не более 5 мкА при Uoбp 30 В; 
• tвoc обр - Время обратного восстановления: 0,5 мкс; 
• Сд - Общая емкость: 0,7 пФ при Uoбp 1 В

 

Таблица 3 - Основные параметры диода Д106

 

Тип   прибора	Предельные значения  параметров при Т=25°С			Значения параметров  при Т=25°С				Тк.мах  (Тп.)    °С
	Uобр.макс.  (Uобр.и.мак.)  B	Iпр.макс.  (Iпр.и.мак.)  mA	Iпрг.  A	fраб.  (fмакс.)  kГц	Uпр.    B	при  Iпр.  mA	Iобр.    mkA
Д106	30 (30)	30	-	-	2,0	2,0	30	125

 

2.2. Описание работы лабораторного стенда

 

Лабораторный стенд  предназначен  для  снятия вольтамперных  характеристик полупроводниковых  германиевых диодов. Сетевое напряжение 220 В подается через выключатель  на первичную обмотку понижающего  трансформатора Т1, после чего со вторичной обмотки трансформатора  напряжение уровнем 15 В подается на выпрямительный мост, выпрямленное напряжение стабилизируется интегральным стабилизатором К 142 ЕН 8А. С выхода стабилизатора напряжение уровнем 9 В подается на схему коммутации режима включения и коммутацию испытуемых диодов.

 

 

Рисунок 6 – Лабораторный стенд по измерению вольт-амперных

       характеристик полупроводниковых диодов

Рисунок 7 – Внутренняя компоновка стенда

 

 

 

 

 

 

Таблица 4 – Спецификация лабораторного стенда

 

№	Обозначение	Наименование	Количество	Примечание
1.	F1	Предохранитель	1
2.	S1	Выключатель	1
3.	Tr 1	Трансформатор	1
4.	VDS 1	Мост диодный КД-202	1
5.	C1, C2	Конденсатор электролитический 100х25v	2
6.	R1	Резистор переменный СП-2 1,5 кОм	1
7.	S1, S2	Переключатель галетный 4П-11П	1
8.	f	Миллиамперметр DT-834	1
9.		Вольтметр DT-834	1
10.	HL1	Светодиод	1
11.	VD2	Диод Д226Е	1
12.	VD3	Диод Д106	1
13.	VD4	Диод Д310	1

 

Таблица 5 – Зависимость тока через диод от приложенного напряжения

Д226 прямая	U в	0.35	0.4	0.45	0.5	0.55	0.60	0.65	0.70	0.75	0.8
	J мA	0	0.01	0.03	0.11	0.4	1.77	3.11	9.0	16.7	17.5
Д106 прямая	U в	0.35	0.4	0.45	0.5	0.55	0.60	0.65	0.70	0.75	0.8
	J мA	0	0	0	0.01	0.03	0.09	0.28	0.67	1.61	4.40
Д310 прямая	U в	0.35	0.4	0.45	0.5	0.55	0.60	0.65	0.70	0.75	0.8
	J мA	1.25	7.01	13.7	18.2	25.9
Д226 Обр.	U в	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	J мкА	2	3	4	5	5	6	6	7	7	7
Д106 Обр.	U в	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	J мкА	1	2	3	4	4	4	5	5	5	6
Д310 Обр.	U в	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	J мкА	3	4	5	6	6	7	7	7	7	8

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9  - Зависимость тока через диод Д 310 от приложенного

напряжения

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 10 - Зависимость тока через диод Д 106 от приложенного

       напряжения

 

Подсчитаем дифференциальное сопротивление  для всех трех диодов

                                                      (1)

R_Д = для диода Д226Е

=

R_Д = для диода Д106

=

 

R_Д = для диода Д310

=

Сопротивление на постоянном токе

      R=                                                         (2)

для диода Д226Е

R =

для диода Д106

R =

 

для диода Д310

R =

 

Отсюда следует 

                                    (3)

для диода Д226Е

 

=

для диода Д106

 

=

для диода Д310

 

=

 

Подсчитаем погрешность

                              (3)

для диода Д226Е

 

= 1,2 %

для диода Д106

 

= 28%

для диода Д310

 

0,7 %

 

2.3 Инструкция по правилам пользования лабораторным стендом по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов

 

1. Требования перед началом работы:

1.1 Перед использованием  лабораторного стенда внешним осмотром проверить 
1.1.1 Целостность корпуса прибора; 
1.1.2 Исправность электрошнура, электровилки, электророзетки; 
1.1.3 Надежность соединения электрошнура с прибором; 

2. Требования во время работы:

2.1 При включении лабораторного  стенда в сеть необходимо пользоваться  электровилкой, после чего повернуть тумблер регулятор напряжения по часовой стрелке до "щелчка", после чего загорится зеленый индикатор, который означает что лабораторный стенд включен и готов к работе. 
2.2 При выключении лабораторного стенда необходимо повернуть тумблер регулятор напряжения против часовой стрелке до "щелчка", после чего зеленый индикатор погаснет, это означает что лабораторный стенд выключен, также нужно браться за электровилку, при этом придерживая крышку электророзетки. 
2.3 При обнаружении искрения, горелого запаха, дыма, а также перегрева лабораторного стенда, электрошнура и электровилки, необходимо немедленно выключить прибор.

 

3. Требования мер безопасности при аварийных ситуациях:

3.1 При обнаружении  неисправностей лабораторного стенда  работник должен отключить его  от электросети и доложить преподавателю. 
3.2 При возникновении пожара, задымлении: 
3.2.1 Немедленно сообщить по телефону «01» в пожарную охрану, оповестить работающих, поставить в известность преподавателя, сообщить о возгорании на пост охраны. 
3.2.2 Открыть запасные выходы из здания, обесточить электропитание, закрыть окна и прикрыть двери. 
3.2.3 Приступить к тушению пожара первичными средствами пожаротушения, если это не сопряжено с риском для жизни. 
3.2.4 Организовать встречу пожарной команды. 
3.2.5 Покинуть здание и находиться в зоне эвакуации. 
3.3 При несчастном случае: 
3.3.1 Немедленно организовать первую помощь пострадавшему и при необходимости доставку его в медицинскую организацию. 
3.3.2 Принять неотложные меры по предотвращению развития аварийной обстановки.