Изучение электронно-дырочного перехода. Фетисов И.Н. - 10 стр.

                                              10
сопротивление 18 Ом. При работе с миллиамперметром                    переключатель     надо
установить в положение 4 (т.е. закоротить микроамперметр).
   С помощью вольтметра U находят напряжение U на диоде. В положении 4 переключателя П,
когда вольтметр непосредственно подключен к диоду, измерения значения U не нуждаются в
поправке. В других случаях, когда в цепь включен микроамперметр, напряжение на диоде находят
по формуле

        U= UB -IRА,        (12)

где UB и I - показания вольтметра и микроамперметра соответственно.

   Задание 1. Изучить общие закономерности вольт-амперных характеристик диодов из германия
и кремния.
    При комнатной температуре изучить зависимости тока от напряжения I(U) для диодов из
германия и кремния, отличающихся шириной запрещенной зоны Eg.
   Прямую ветвь ВАХ измерять миллиамперметром или по падению напряжения на
сопротивлении 100 Ом, начиная от максимального тока 150...250 мА и уменьшая его каждый раз
на 10...15 %. Кривые для обоих диодов построить на одном графике.
   При измерениях обратной ветви ВАХ использовать микроамперметр или сопротивление 10 Ом,
напряжение изменять от нуля до 15 В в варианте 1 или до 1,5 В в варианте 2. Результаты
измерений представить в виде таблицы. Обратить внимание на то, что у германия имеется ток
насыщения, а у кремния нет. Последнее объясняется более сложными процессами формирования
обратного тока в диодах из материала с большим значением Eg.
   При анализе результатов измерений дать объяснение следующим закономерностям:
1.Почему ток в прямом направлении много больше, чем в обратном? 2.Почему обратные токи
диодов из кремния и германия сильно различаются? 3.Почему прямые ветви ВАХ обоих диодов
смещены по оси напряжения?
   Задание 2. Сравнить ВАХ германиевого диода с теоретической зависимостью (6) для
идеального р-n-перехода.
    Выше было установлено, что германиевый диод имеет ток насыщения, что дает основание для
сравнения его ВАХ с формулой (6). Для этого нужно детально измерить его характеристику I(U)
для напряжений от -0,2 В до 0,14 В с шагом 0,02 В. Из результатов измерений найти значение тока
насыщения Is (это обратный ток при напряжении |U|>0,1 В). Построить зависимость I/Is от U в
крупном масштабе, на тот же график нанести теоретическую зависимость, воспользовавшись
таблицей.
     П р и м е ч а н и е. Наблюдаемое с ростом прямого напряжения постепенное расхождение
построенных кривых имеет следующее объяснение. При выводе формулы (6) мы предполагали,
что все приложенное к диоду напряжение падает на самом р-n-переходе, т.е. пренебрегали
падением напряжения на других участках диода, что верно только для малых токов. С ростом тока
все меньшая часть приложенного напряжения падает на р-n-переходе, поэтому ток меньше
расчетного значения.
   Задание 3. Изучить зависимость тока насыщения от температуры и определить ширину
запрещенной зоны германия.
     Установить обратное смещение германиевого диода примерно 1 В, измерить ток Is1 при
комнатной температуре Т1. Затем включить нагреватель и снять зависимость Is от Т, считывая
показания при каждом возрастании тока на ЗО...5О % по сравнению с предыдущим значением.
Опыт занимает примерно 15 мин; за это время ток должен возрасти в десятки раз в установке
первого варианта и примерно в 10 раз в другой установке. По результатам измерений построить
графическую зависимость ln(Is/Is1) от 1/T, сравнить ее ход с характеристикой (8) и определить
значение Eg в джоулях и электрон-вольтах.
   Задание 4. Изучить фотодиодный режим р-n-перехода.
   Задание выполнить с помощью кремниевого диода в установке первого варианта или
кремниевого фотодиода в другой установке. Диоды находятся в светозащитных камерах с