Краткие теоретические сведения. Статические и динамические характеристики полупроводниковых диодов

Лабораторная работа №3.

Статические и динамические
характеристики полупроводниковых диодов

3.1 Цель работы:

изучить влияние основных параметров математической модели полупроводникового диода на его вольт-амперную характеристику, а также переходные характеристики основных типов диодов.

Краткие теоретические сведения

Полупроводниковым диодом называется прибор с дв умя выводами, принцип действия которого основан на использовании контактных явлений в полупроводниках.

По функциональному назначению диоды делят на выпрямительные, универсальные, импульсные, смесительные, детекторные, модуляторные, переключающие, умножительные, стабилитроны (опорные), туннельные, параметрические, фотодиоды, светодиоды, магнитодиоды, диоды Ганна и т. д.

Большинство полупроводниковых диодов выполняют на основе несимметричных p-n - переходов.

Обычно полупроводниковый диод представляет собой p-n- переход, установленный в корпус.

Область с электропроводностью p-типа имеет более высокую концентрацию примесей, чем основная пластина высокоомного полупроводникового материала и поэтому называется эмиттером.

Область с меньшей концентрацией называется базой.

Условное графическое обозначение по ГОСТ 2.730.

Рисунок 3.1 - условное обозначение диода

Предназначены для преобразования переменного напряжения низкой частоты в пульсирующее.

В выпрямительных диодах электронно-дырочный переход имеет большую площадь, обеспечивающую получение выпрямленных токов требуемой величины. Для изготовления выпрямительных диодов в основном используют кремний, имеющий более высокую допустимую температуру и более низкую цену по сравнению с германием. Однако в мощных низковольтных выпрямителях в ряде случаев выгоднее германиевые диоды, так как они имеют меньшее прямое падение напряжения.

Применяются в выпрямителях источников питания, в бортовой аппаратуре, в импульсных источниках питания.

3.3 Порядок выполнения работы

1) Изучите до начала выполнения лабораторной работы параметры математической модели полупроводникового диода.

2) Соберите схему исследования вольт-амперной характеристики полупроводникового диода, при этом тип диода выберите по таблице 3.1 с учетом установленного варианта задания.

Таблица 3.1– Варианты заданий

Рекомендуемая схема исследования вольт-амперной характеристики диода приведена на рисунке 3.2, а разделы «Числовые параметры» и «Выражения» окна задания параметров расчета режима DC даны в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Параметры расчета характеристик

3) Исследуйте в подрежиме Analysis/DC… влияние основных параметров математической модели полупроводникового диода на прямую и обратную ветви вольт-амперной характеристики.

На рисунке 3.2б в качестве примера приведены результаты анализа влияния температуры на прямую ветвь вольт-амперной характеристики полупроводникового диода.

а) б)

Рисунок 3.2 – Схема исследования диода (а) и влияние температуры (б)
на прямую ветвь его вольт-амперной характеристики

4) Соберите схему исследования переходной характеристики полупроводникового диода, при этом тип диода выберите по таблице 3.1 с учетом установленного варианта задания.

Рекомендуемая схема исследования переходной характеристики диода приведена на рисунке 3.3а, а разделы «Числовые параметры» и «Выражения» окна задания параметров расчета режима Transient Analysis даны в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Параметры расчета характеристик

5) Рассчитайте с учетом параметров математической модели диода и примера, приведенного на рисунке 3.2б, пределы исследования переходной характеристики диода и введите их в подрежиме Analysis/Transient…/Limits в окно Transient Analysis Limits.

a) б)

Рисунок 3.3 – Схема исследования диода (а) и его переходная характеристика (б)

6) Исследуйте в подрежиме Analysis/Transient… влияние основных параметров математической модели полупроводникового диода на переходную характеристику.

7) Получите такую форму сигнала на диоде, при которой хорошо видны характерные участки переходной характеристики полупроводникового диода.

На рисунке 3.3б для примера приведена переходная характеристика диода 2D103A.

3.4 Результаты исследования и анализа параметров и характеристик исследуемого электронного устройства

3.4.1 Параметры

3.4.1.1 параметры схемы иследования ВАХ

Current Source(Sine): DC=0 A, ACmagnitude =1, ACphase=0 град, Io=0 A, IA=5 A, Fo=1Meg, TD=0 c, DF=0, PH=0 град;

3.4.1.2 параметры схемы иследования переходной характеристики

Volltage Source(PWL): DC=0 B, ACmagnitude=0, ACphase=0 град,

0,0 30n,0 30.01n,5 60n,5 60.01n,-5 90n,-5 90.01n,5 120n, 5 120.01n, 5

RESISTOR: RESISTANCE= 500 Ом;

3.4.1.3 параметры диода KД105В по умолчанию

IS= 84.260002P A, RS= 119.999997M Oм, TT= 10.8N C, CJO=125 Ф,

BV=400 B;

3.4.2 Схемы

Рисунок 3.4 - Схема для исследования ВАХ диода

Рисунок 3.5 - Схема для исследования переходной характеристики диода

3.4.3 Графики полученые применением параметров диода

3.4.3.1Исследование ВАХ диода

1)ВАХ с параметрами по умолчанию

Рисунок 3.6 - Прямая ветка ВАХ диода

Рисунок 3.7 - Обратная ветка ВАХ диода, ее нет поскольку обратное напряжение пробоя диода равно 400 В

2)ВАХ с измененным BV, новое значение 0.4 В

Рисунок 3.8 - Обратная ветка ВАХ диода, как видим она появилась

Рисунок 3.9 - Прямая ветка ВАХ диода, как видим обратное напряжение пробоя на нее не влияет

3)ВАХ с измененным CJO, новое значение CJO= 8.85 pФ

Рисунок 3.10 - Прямая ветка ВАХ диода, как видим ,барерная емкость на нее не влияет

Рисунок 3.11 - Обратная ветка ВАХ диода, как видим ,барерная емкость на нее не влияет

4)ВАХ с измененным TT, новое значение TT= 10.8N C

Рисунок 3.12 - Обратная ветка ВАХ диода, как видим ,время переноса заряда на нее не влияет

Рисунок 3.13 - Прямая ветка ВАХ диода, как видим ,время переноса заряда на нее не влияет

5)ВАХ с изменненным RS, новое значение RS= 10 Oм

Рисунок 3.14 - Прямая ветка ВАХ диода, как видим ,обьемное сопротивление на нее влияет

Рисунок 3.15 - Обратная ветка ВАХ диода, как видим ,обьемное сопротивление на нее влияет

6)ВАХ с измененным IS, новое значение IS= 10m A

Рисунок 3.16 - Обратная ветка ВАХ диода, как видим ,ток насищения на нее влияет

Рисунок 3.17 - Прямая ветка ВАХ диода, как видим ,ток насищения на нее влияет

3.4.3.2переходной характеристики диода

1) параметры по умолчанию

Рисунок 3.18 - Переходная характеристика диода при параметрах по умолчанию, сверху график напряжения на источнике и на диоде, снизу ток диода, как видим оно не строиться

2)Характеристика с измененным CJO, новое значение CJO= 8.85 pФ

Рисунок 3.19 - Переходная характеристика диода при новом CJO сверху график напряжения на источнике и на диоде, снизу ток

3)Характеристика с измененным BV, новое значение 0.4 В

Рисунок 3.20 - Переходная характеристика диода при измененном BV, сверху график напряжения на источнике и на диоде, снизу ток диода

Веренем его обратно

4)характеристика с измененным TT, новое значение TT= 10p C

Рисунок 3.21 - Переходная характеристика диода при измененном TT, сверху график напряжения на источнике и на диоде, снизу ток диода

Вернем его обратно

5)характеристика с изменненным RS, новое значение RS= 10 Oм

Рисунок 3.22 - Переходная характеристика диода при измененном RS, сверху график напряжения на источнике и на диоде, снизу ток диода

6)характеристика с измененным IS, новое значение IS= 10m A

Рисунок 3.22 - Переходная характеристика диода при измененном IS, сверху график напряжения на источнике и на диоде, снизу ток диода

3.5 Особенности функционирования САПР Micro-Cap 11, выявленные в ходе выполнения лабораторной работы

Оссобенность Micro-Cap 11, в том что он позволяет быстро и построить схемы для тестирования електронных устройств с заданными параметрами.

Выводы

В данной лабораторной работе мы исследовали диод определенной модели, трусяться мои руки, работа в Micro-Cap надоела....