Измерение статических характеристик полупроводникового диода
Описание лабораторной установки и практические задания
Устройство лабораторной установки
В состав установки для измерения статических характеристик полупроводникового диода (рис. 1) производится на установке, состоящей из блока режимов (1) и высокочастотного генератора (2).
Рис. 1.
1. Схема лабораторной установки
Рис. 2.
Изображённая на рис. 2 схема служит для измерения вольтамперной и вольтфарадной характеристик полупроводникового диода типа Д7Г при комнатной температуре и при нагреве его до 40-60 град. Ц.
Смещение на исследуемый диод Д подаётся с переменного резистора Rv. Амперметр А1 и вольтметр V предназначенные для снятия пары ток-напряжение на вольтамперной характеристике диод. Переключатель изменяет полярность подачи напряжения на диод, чтобы можно было измерить как прямую, так и обратную ветви ВАХ. При измерении ВАХ резисторы R1 и R2 закорачиваются.
Для исследования влияния температуры на вольтамперную характеристику диода включается нагреватель.
Ёмкость диода Д, паразитная ёмкость C2 и индуктивность L образуют последовательный колебательный контур. В его цепь включены генератор Г, амперметр А2 и разделительный конденсатор C1, образующие схему для измерения резонансной частоты. Конденсатор C1, имеющий ёмкость много больше ёмкости диода Д, и резисторы R1 и R2 служат для разделения цепей переменного (от генератора Г) и постоянного (с резистора Rv) токов.
Данная схема позволяет произвести измерение вольтфарадной характеристики диода. При изменении смещения на p-n переходе изменяется его ёмкость, что приводит к изменению резонансной частоты последовательного контура ёмкость Д – индуктивность L. Регулируя частоту генератора Г, можно добиться максимального отклонения индикатора А2 (резонанса) и по частоте резонанса рассчитать ёмкость p-n перехода диода Д. Индуктивность катушки L и паразитная ёмкость C2 указаны на блоке режимов.
Реальное схемотехническое решение немного сложнее, но принципиального значения это не имеет.
2. Органы управления блока режимов
На передней панели установки расположены (см. рис 3):
Рис. 3.
- вольтметр, имеющий предел измерения 1 В при включении диода в прямом направлении и 100 В – в обратном;
- амперметр, имеющий предел измерения 100 мА при включении диода в прямом направлении и 100 мкА – в обратном;
- исследуемый диод и нагреватель под ним;
- входной разъём для ВЧ сигнала;
- включатель «Нагрев» для включения нагревателя (включено – вверх);
- переключатель «Сб – I(U)», позволяющий перейти от режима измерения вольтамперной характеристики I(U) к режиму измерения вольтфарадной характеристики;
- переключатель «Прям – Обр» изменяет полярность подачи смещения на диод Д и пределы измерения приборов A1 и V;
- регулировка смещения на диоде осуществляется с помощью ручек «Uпр», «Uобр»;
- выключатель «Сеть» выключает и включает блок режимов.
3. Генератор
Для измерения вольтфарадной характеристики диода Д резонансным методом используется генератор UTG9000C. Краткую инструкцию по использованию генератора можно прочитать здесь.
Практические задания
1. Снимите вольтамперную характеристику диода Д при комнатной температуре
При работе в лаборатории установите на блоке режимов переключатель «Сб – I(U)» в положение «I(U)». Прямая ветвь характеристики измеряется в положении переключателя «Прям», напряжение регулируется ручкой «Uпр». Обратная ветвь – «Обр» и «Uобр».
2. Снимите вольтфарадную характеристику диода Д
Для этого переведите переключатель «Сб – I(U)» в положение «Сб». Устанавливая различные смещения на диоде, найдите резонансную частоту контура, образованного ёмкостью диода Д, паразитной ёмкостью C2 и катушкой индуктивности L для каждого значения смещения.
При онлайн измерениях достаточно лишь изменять смещение на диоде, резонансная частота найдётся автоматически.
3. Снимите вольтамперную характеристику нагретого диода Д
При измерениях в лаборатории нагрейте диод: включите режим измерения обратной характеристики, установите напряжение 20…30 В, закройте диод с нагревателем пенопластовой коробочкой, включите тумблер «Нагрев» (вверх). Дождитесь, пока ток диода возрастёт до 70...80 мкА, выключите нагреватель. После этого выполните действия, описанные в п. 1. Диод будет остывать 1...2 минуты, за это время нужно успеть снять ВАХ.
При онлайн измерениях диод сам «нагревается» до требуемой температуры и не остывает. Снимите прямую и обратную ветви ВАХ.
4. По результатам измерений найдите контактную разность потенциалов перехода и вычислите основные параметры диода: коэффициент неидеальности n, сопротивление базы Rб, обратный ток перехода Is. Для расчётов используйте формулу:
I = Is*exp(e*(U-I*Rб)/(n*k*T))
Техника безопасности
1. Особых требований по электробезопасности для данной установки нет.
2. Нагревательный элемент, как это ни странно, нагревается. Остерегайтесь ожога.