Как снять вах диода с помощью осциллографа

3. Лабораторная работа № 2 «Экспериментальное исследование диода Шоттки»

В данной лабораторной работе используются модули лабораторного стенда:

1. «Диоды»;
2. «Мультиметры»;
3. «Миллиамперметры»;
4. Осциллограф.

Параметры приборов и элементов

В модуле «Мультиметры» используются приборы типа MY67, диапазон измерений которых приведен в табл.4.

Диапазоны измерений мультиметров Таблица 4

Напряжение постоянного тока

Напряжение переменного тока

400,0 мкА; 400,0 мА 10,00 А

±0,8% ±2 D ±1.2% ±2D ±2.0% ±5 D

326,0 мкА; 326,0 мА 10,00 А

400,0 мкА; 400,0 мА 10,00 А

±0,8% ±3 D ±1.2% ±3D ±3.0% ±5 D

326,0 мкА; 326,0 мА 10,00 А

В модуле «Миллиамперметры» используются приборы магнитоэлектрической системы, диапазон измерений которых приведен в табл.2.

Для проведения лабораторных работ необходим двухканальный осциллограф, например GOS-620, C1-117 или аналогичный им.

При применении двухканального осциллографа возникает опасность коротких замыканий в схеме через два провода измерительных входов, связанных с корпусом осциллографа. Осциллографы, подключаемые евровилкой к трехпроводной сети, на своём корпусе «⊥» (общих выводах измерительных входов) будут иметь потенциал заземляющего (зануляющего) провода. Об этом следует помнить при обеспечении электробезопасности. Осциллограф должен быть специально подготовлен к работе на стенде.

От осциллографа в исследуемую схему должен идти только один провод, связанный с корпусом «⊥». Этот провод необходимо сохранить в кабеле, предназначенном для измерения меньших напряжений. При этом оба сигнала будут измеряться относительно точки, к которой подсоединен корпус осциллографа («⊥»).

Аналогично, сигнал внешней синхронизации должен подаваться на вход внешней синхронизации одним проводом. При этом сигнал подается относительно точки, к которой подключен корпус осциллографа («⊥»).

Эти рекомендации являются обязательными. Их невыполнение может привести к выходу из строя модулей комплекса.

Описание лабораторной установки

В лабораторной работе исследуется полупроводниковый выпрямительный диод. Передняя панель лабораторного модуля «Диоды» представлена на рис. 5.

На ней приведена мнемосхема и установлены коммутирующие и регулирующие элементы. На мнемосхеме изображены: выпрямительный диод VD1, диод Шоттки VD2, светодиод VD3, стабилитрон VD4, потенциометр RP1 для изменения подаваемого напряжения, резистор R_н и балластный резистор R_б. Резистор R_н используется в качестве

ограничивающего ток при снятии характеристик и в качестве сопротивления нагрузки при исследовании выпрямителя. Переключатель SA1 предназначен для включения переменного или постоянного напряжения (положительного или отрицательного), а также выключения питания модуля. Шунт R_ш = 10 Ом служит для осциллографирования сигнала, пропорционального току через диод. На передней панели размещены также гнезда для осуществления внешних соединений (X1 — Х15).

Рис. 5. Модуль «Диоды»

Питание модуля осуществляется от источников переменного и постоянного напряжения (±15В). Для подачи постоянного напряжения на модуль необходимо включить автоматический выключатель QF модуля питания. Модуль включается переключателем SA1, при этом на потенциометр RP1подается + 15 В, — 15 В или ~ 12 В.

Измерение постоянных токов и напряжений осуществляется при помощи модулей «Миллиамперметры» и «Мультиметры». Для осциллографирования сигналов применяется двухканальный осциллограф типа GOS 806.

Краткие сведения из теории

Полупроводниковый диод — это полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом и двумя выводами, в котором используется то или иное свойство выпрямляющего электрического перехода.

В качестве выпрямляющего электрического перехода в полупроводниковых диодах может быть электронно-дырочный пере­ход, гетеропереход или выпрямляющий переход, образованный в результате контакта между металлом и полупроводником (пере­ход Шоттки).

Вольт – амперная характеристика (ВАХ) диода описывается выражением

ВАХ идеального и реального диода приведены на рис.6.

Рис. 6. ВАХ идеального а и реального б диода

Диод Шоттки — это полупроводниковый диод, выпрямительные свойства которого основаны на использовании выпрямляющего электрического перехода между металлом и полупроводником.

На частотные свойства диодов Шоттки основное влияние должно оказывать время перезарядки барьерной емкости перехода. Постоянная времени перезарядки зависит и от сопротивления базы диода ( ). Поэтому выпрямляющий переход Шоттки целесообразнее создавать на кри­сталле полупроводника с электропроводностью n-типа — подвиж­ность электронов больше подвижности дырок. По той же причине должна быть большой и концентрация примесей в кристалле полу­проводника.

Варианты структур диодов Шоттки с двухслойной базой приведены на рис. 7.



Рис.7. Варианты структур диодов Шоттки с двухслойной базой

Порядок проведения экспериментов

1. Cобрать схему для исследования диода Шоттки VD2 на постоянном токе (Рис.8). Соединить перемычкой гнезда Х2, Х7. Для измерения анодного тока включить многопредельный миллиамперметр (модуль «Миллиамперметры») на пределе х1000 (максимальный ток 100 мА) между гнездами XI, Х10. Для измерения анодного напряжения включить мультиметр («Модуль мультиметров») на пределе =20 В между гнездами Х3, Х15. Переключить тумблер SA1 в положение «+».

Рис.8. Принципиальная схема для исследования диода Шоттки

2. Cнять вольт-амперную характеристику диода на постоянном токе сначала для прямой, а затем обратной ветви, переключив переключатель SA1 на «—». При смене ветви не забыть изменить полярность миллиамперметра и его предел измерения.

3. Собрать схему для исследования диода Шоттки на переменном токе для получения ВАХ диода на экране осциллографа. Для этого установить SA1 в положение «Выкл». Ручку потенциометра RP1 установить в положение «0». Вход Y (СН2) осциллографа подключить к шунту R_ш (гнездо Х13), а корпус осциллографа « » соединить с гнездом Х12. Вход X (СН1) осциллографа подключить к гнезду ХЗ. При этом переключатель развертки осциллографа должен быть переведен в положение X/Y. Подать питание — переключатель SA1 установить в положение «~». Светящуюся точку на экране осциллографа поместить в начало координат. Вращать ручку потенциометра RP1 до положения «5». Зарисовать ВАХ диода, определить масштабы по току и напряжению.

4. Определить по осциллограмме параметры диода: напряжение между анодом и катодом в открытом состоянии U_am при максимальном анодном токе I_amax, пороговое напряжение U₀ и дифференциальное сопротивление r_д.

Обработка результатов экспериментов

По результатам опытов построить характеристики диода, определить его параметры, обработать осциллограммы, сравнить расчет и опыт.

Содержание отчета

1. Наименование и цель работы.
2. Принципиальные электрические схемы для выполненных экспериментов.
3. Результаты экспериментальных исследований и проведенных по ним расчетов, помещенные в соответствующие таблицы.
4. Экспериментально снятые и построенные характеристики.
5. Обработанные осциллограммы.
6. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Принцип построения диода Шоттки.
2. Чем отличаются полупроводники типа p и n.
3. Каковы свойства р-п — перехода?
4. Объясните вид ВАХ р-п— перехода?
5. Как снять по точкам ВАХ диода?
6. Как снять ВАХ диода с помощью осциллографа?
7. В чем отличие ВАХ выпрямительного диода, диода Шоттки и светодиода?
8. Каким образом на экране осциллографа получают изображение функциональной зависимости двух напряжений?
9. Каким образом на экране осциллографа получается изображение периодической функции времени?

Упражнение 2 Наблюдение вольт-амперной характеристики диода и его выпрямляющего действия на осциллографе

Как было сказано выше, полупроводниковые диоды позволяют применять их в качестве выпрямителей переменного тока и создавать на их базе источники постоянного тока. В данном упражнении предлагается пронаблюдать результат выпрямляющего действия диода на экране осциллографа.

Для этой цели на лабораторной панели имеется генератор переменного напряжения небольшой мощности Г, который начинает действовать при соединении его с источником питания Б5-48.

1.Соберите электрическую цепь по схеме, представленной на рис.6,а.

2.На источнике питания установите 8,5В и 0,01А.На осциллографе

С1-94 все кнопки утопите, ручку В/ДЕЛ поставьте в положение 0,1, ручку ВРЕМЯ/ДЕЛ – в положение 0,2. Попросите лаборанта или преподавателя проверить правильность Ваших действий.

3.Включите осциллограф, а затем источник питания в сеть 220В.

4.На лабораторной панели нажмите кнопку “U”. Проследите по схеме (рис.6,б), что при этом на вертикальный вход осциллографа Y подается переменное напряжение, вырабатываемое генератором Г. Вы наблюдаете форму этого напряжения. Если изображение на экране неустойчивое, то устойчивости можно добиться с помощью ручек управления “Уровень” и “”. Срисуйте вид наблюдаемого сигнала, начертите координатные оси.



5.Нажмите кнопку “I”на лабораторной панели (при этом кнопкаUразмыкается). В данном случае на вертикальный вход осциллографа подается напряжение с резистораR(см. схему на рис.6,б). Оно пропорционально току, протекающему через этот резистор, так что вид наблюдаемой кривой соответствует форме тока, протекающего через диод. Срисуйте эту осциллограмму, начертите оси координат.

Иногда на практике возникает необходимость выбрать из большой партии однотипных или близких по свойствам диодов несколько экземпляров с определенными признаками. В этом случае наиболее подходящим является способ, не связанный со снятием ВАХпо точкам в силу его длительности, но позволяющий быстро получать эту характеристику. Ниже мы предлагаем познакомиться с осциллографическим способом полученияВАХ, который не отличается большой точностью, но дает возможность получить качественный ответ просто и быстро.

5.Нажмите кнопку “ВАХ”на лабораторной панели. При таком включении на горизонтальный вход осциллографа (осьХ) поступает переменное напряжение от генератора, которое одновременно подается и на диод.

На вертикальный вход (ось Y) подается напряжение с резистораR, пропорциональное току диода. Луч осциллографа отклоняется в горизонтальном направлении на величину, пропорциональную приложенному к диоду напряжению, а в вертикальном – на величину, пропорциональную протекающему току. В результате возникает кривая зависимости тока диода от приложенного напряжения, т.е. его вольт-амперная характеристика [3]. Срисуйте и сравните полученную кривую с той, которую Вы построили по “точкам”.

1.Что такое полупроводники n— и p-типа?

2.Что такое p-n-переход и каковы его свойства? Что такое запирающий слой? С чем связано такое название?

3.Как устроен полупроводниковый диод? Что означает прямое и обратное направление включения диода?

4.Что общего между кристаллическим и вакуумным диодами и в чем различие?

5.Какие преимущества у кристаллического диода перед вакуумным и наоборот?

6.Почему при включении полупроводникового диода в обратном направлении ток через него не равен нулю? Существует ли обратный ток в вакуумном диоде?

7.Как получить ВАХ диода на экране осциллографа? В чем сходство и в чем отличие ВАХ, полученной на экране, с характеристикой, построенной «по точкам»?

8.Как получают постоянный ток из переменного с помощью полупроводниковых диодов?

Список рекомендуемой литературы

1.Калашников С. Г. Электричество. М.: Наука, 1977. С. 325—335.

2.Савельев И. В. Курс общей физики. М.: Наука, 1998. Кн.5. С. 242–250.

3.Физический практикум. Электричество и оптика. /Под ред. В.И.Ивероновой. М.: Наука, 1968. С. 206.

4.Перкальскис Б.Ш. Использование современных научных средств в физических демонстрациях. М.: Наука, 1971. С. 56-59.

СПОСОБЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

Снятие ВАХ диода при помощи вольтметра и амперметра

На рисунке 4 изображена принципиальная схема, позволяющая исследовать ВАХ p—n-перехода, функции которого выполняет полупроводниковый диод Д. Показанное на схеме включение реостатов и позволяет осуществлять плавную регулировку напряжения на электродах диода в большом диапазоне значений. Двухполюсной ключ К предназначен для изменения полярности питающего цепь напряжения. Так как диод представляет собой последовательное соединение полупроводника и запирающего слоя, а вольтметр фиксирует полное падение напряжения (не только на запирающем слое), то выражение (2), вообще говоря, следует записывать так:





где — напряжение на электродах диода, — падение напряжения на слое полупроводника сопротивлением R. Согласно (2) и (3) при (в прямом направлении) и при больших значениях величина , и формулы могут быть переписаны в виде:



то есть с ростом напряжения ток возрастает экспоненциально.

При ещё большем напряжении, когда падение напряжения на слое полупроводника становится соизмеримым с падением напряжения на электродах диода, следует писать:



Дифференцируя выражение (3) по и исключая из производной напряжение , можно убедиться, что при большом прямом токе характеристика становится линейной и дифференциальное сопротивление диода устремляется к постоянной величине:



Если сопротивление запирающего слоя много больше сопротивления полупроводника, то, пренебрегая величиной и логарифмируя выражение (2), получаем линеаризованную ВАХ диода:



которая позволяет экспериментально определить величину коэффициента (ток насыщения при этом определяется по ВАХ, показанной на рисунке 3).

Схема экспериментальной установки изображена на рисунке 4. Реостаты и предназначены для плавной регулировки напряжения на электродах диода Д в широких пределах. Ключ К предназначен для изменения полярности напряжения. Снятие ВАХ рекомендуется начинать с максимальной величины обратного тока (правое по схеме положение ключа К) в сторону уменьшения. По достижении =0 следует при помощи переключателя К изменить полярность напряжения и продолжать снимать зависимость вплоть до величины .

В ходе работы при пользовании ключом следует помнить о соблюдении полярности измерительных приборов.

Снятие ВАХ диода при помощи осциллографа

Схема экспериментальной установки показана на рисунке 5. Питание цепи осуществляется от ЛАТРа через понижающий трансформатор Тр. На электродах диода действует переменное напряжение, которое подаётся на горизонтально отклоняющие пластины электронного осциллографа ЭО. На вертикально отклоняющие пластины осциллографа подаётся напряжение с резистора R. Поскольку это напряжение пропорционально силе тока в цепи, то вертикальное отклонение электронного луча осциллографа позволяет измерять силу тока, соответствующую разности потенциалов на электродах диода (см. лабораторную работу «Изучение электронного осциллографа»).

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

Похожие публикации:
1. Как добавить подпись в outlook в браузере
2. Как подключить реле давления к насосу
3. Как установить ютуб на телефон без гугл сервисов
4. Пв полики что такое