Министерство образования  и науки РФ

   Федеральное агентство по образованию 

   Новосибирский государственный  технический университет

     

    Кафедра Автоматики 
 
 
 

   Лабораторная  работа №1

   По  курсу «Вычислительные машины, системы  и сети» 

   Исследование  полупроводниковых приборов 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Факультет:   АВТ

     Группа:   

     Студенты:   
 

     Бригада:  2 

     Преподаватель: Кляуз А. П. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Новосибирск

    2011 

 

   

   

 Цель  работы: Исследовать режимы работы полупроводниковых диодов. Экспериментально построить ВАХ диода и обратную ветвь ВАХ стабилитрона. Исследовать принцип работы параметрического стабилизатора напряжения и диодных ограничителей. 

   Оборудование: компьютерная программа Electronics Workbench

   Исходные  данные:

Диоды:      SB350     

                  GP10B

       Стабилитрон № 2 

    Выполнение работы:

1. Собирается схема ( Рис.1).

 

Рис.1. Схема для экспериментального построения прямой ветви ВАХ диода. 
 

2. Заполняется таблица для прямой ветви ВАХ  диода при разных значениях Е.

GP10B

SB350

 

3. Собирается схема (Рис.2). 

Рис.2. Схема для экспериментального построения обратной ветви ВАХ диода. 

3. Заполняется таблица для обратной ветви ВАХ диода при разных значениях Е.

GP10B

SB350

 

 

   

5. По полученным данным строятся ВАХ диодов.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВАХ диодов 
 
 
 
 
 
 

Рис. 3.  ВАХ диодов 
 
 
 

 

6. Собирается схема ( Рис.4).

 

Рис.4. Схема для построения обратной ветви ВАХ стабилитрона. 

7. Заполняется таблица для обратной ветви ВАХ  стабилитрона при различных   значениях Е.

 

8. Строится  график обратной ветви ВАХ стабилитрона.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 5.  ВАХ диодов

Напряжение  стабилизации: Uст ≈ 4 В.

Дифференциальное сопротивление стабилитрона: r_ст = ΔUст / ΔIст

r_ст = (4,33 – 4,093) / (19,34 – 1,814) = 13,5 (Ом) 
 

 

9.  Собирается схема ( Рис.6). 

Рис.6. Параметрический стабилизатор напряжения 

10. Заполняется таблица.

 

       Uн (В) 
 
 
 
 
 
 
 

  Iн  (мА)

Рис.7. Нагрузочная характеристика схемы  
 
 
 
 
 
 

  

11. Собирается схема (Рис.8).

Рис.8. Последовательный ограничитель со смещением 
 

  12. На вход подается напряжение частотой 1 кГц и амплитудой 10 В. Получаем осциллограммы входного (цвет осциллограммы - черный) и выходного (цвет осциллограммы - красный) напряжений.

    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис.9. Осциллограмма  последовательного ограничителя со смещением 
 
 
 

 

  

     Выводы:

1. Экспериментальное построение ВАХ диода.

    На  ВАХ диодов SB350 и GP10B при прямом включении видно различие в напряжении “пятки” у диодов т.к. диоды изготавливаются из различных полупроводников. На ВАХ диодов SB350 и GP10B при обратном включении можно увидеть что тепловые токи у диодов имеют различные значения из этого следует что, чем больше напряжение “пятки” тем меньше тепловой ток и наоборот. Это утверждение подтверждается следующим уравнением: Uд=φ_тln((Iд+Io)/Io). Проанализировав оба графика, можно определить, что диод SB350 – германиевый, а GP10B – кремниевый.

    При прямом включении сопротивление  постоянному току определяется по формуле 

    Rпр = Uд/Iд. Так как φ_т~26мВ, то сопротивление будет расти с уменьшением прикладываемого к диоду напряжения (диод будет приближаться к закрытому состоянию). У разных диодов при одинаковом приложенном напряжении сопротивление постоянному току будет больше у того, у кого меньше значение теплового тока.

    При прямом включении сопротивление переменному току определяется по формуле r_пр=dU/dI= φ_т/(Iд+Io). Следовательно, сопротивление растёт с уменьшением протекающего через диод тока, а у разных диодов при одинаковом протекающем токе сопротивление переменному току будет больше у того, у кого меньше значение теплового тока.

    Сопротивление постоянному току при обратном включении  определяется по закону Ома, и, следовательно, должно быть велико, так как при  больших напряжениях ток практически  не меняется и остаётся равным тепловому  току. Поэтому при одинаковом приложенном напряжении, сопротивление будет больше у того диода, у которого меньше значение теплового тока.

    Сопротивление переменному току при обратном включении  определяется по формуле: r_пр=dU/dI= φ_т/ (Iд+Io). Так как φ_т~26мВ, а Iд~Io, сопротивление переменному току будет больше, чем постоянному. А при прочих равных условиях оно будет больше у диода с меньшим тепловым током.

2. Экспериментальное построение обратной ветви ВАХ стабилитрона.

   Стабилитрон, в отличие от диода работает в  режиме обратного пробоя, и, следовательно, обладает ёще одной характеристикой – напряжением стабилизации