<<< ВСЕ МАТЕРИАЛЫ
<< Назад 11 класс.
Исследование полупроводникового диода. ВАХ диода.
Задание для дистантного обучения 11-9-5.		 Далее >>

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА. ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИОДА (ВАХ).

Свойство односторонней проводимости нашло широкое применение в таком приборе, как полупроводниковый диод (см. фото ниже). Внутри такого прибора кристалл из двух полупроводников (чаще германия или кремния) разной проводимости с двумя выводами: анод (плюс) и катод (минус). Отсюда и название прибора, диод значит прибор с двумя электродами. На корпусе диода обязательно ставится метка, указывающая его полярность. Это либо значок диода, либо цветная точка около анода.
Внимательно изучите информацию об устройстве диодов на рисунках и подписи к ним перед тем, как двигаться дальше.

Течение тока через диод напоминает течение воды через воронку. Если мы льём воду через широкое горло воронки, то жидкость прекрасно течет в сосуд, но, если воронку перевернуть и пытаться лить через узкую её часть, то в сосуд попадёт очень мало воды.
Так и в диоде, при подключении плюса к аноду, а минуса к катоду ток через диод идёт. А при обратном подключении тока практически нет.
Устройство диода:
1. А) Вывод катода. В) Подложка. С) n-полупроводник.
D) р-полупроводник. E) Вывод анода. F) Стеклянный изолятор.
G) Корпус. H) Вывод анода.
2. Внешний вид одного из типов диода.
3. Обозначение диода на схемах.

                           
                   
                                           
                                                       
Батарея
Напряжение, В
 0          1          2          3          4          5
Важнейшим для физики при изучении прибора является зависимость величины силы тока через этот прибор от подаваемого на него напряжения. Такую зависимость называют вольт-амперной характеристикой (ВАХ) прибора. По ней можно судить как работает прибор, и как его можно использовать для получения тех или иных электронных эффектов. Обычно ВАХ - это график тока, позволяющий наглядно (для тех, кто умеет читать графики) показать главные качества прибора, плюс его количественные характеристики.
Цель. На примере виртуального эксперимента научиться получать вольт-амперную характеристику диода.
Установка. Интерактивную схему для получения ВАХ диода можно видеть на рисунке слева. К батарее G через балластный резистор Rb подключён изучаемый диод VD. Чтобы получить ВАХ, мы должны, меняя напряжение на диоде, проследить за изменением тока в цепи. Для этого у нас есть реостат R, ползунок которого можно двигать, получая большее или меньшее напряжение на диоде. Его величину вы можете задавать в графе "Напряжение" от 0 до 5 В. Цифровые вольтметр V и миллиамперметр mА покажут значения измеряемых величин. В графе "Батарея" вы можете менять знак источника тока с плюса на минус. Не забудьте только после каких-либо изменений кликнуть кнопку "Принять изменения". Полученные значения напряжения U и тока I следует занести в таблицу и построить график ВАХ диода, нанеся по горизонтали напряжение, а по вертикали силу тока. По этому графику мы будем искать ответы на вопросы. Примерный вид графика ВАХ вашего диода можно будет увидеть по окончании работы, нажав кнопку "Отвечаю". ВАХ реальных диодов см. ЗДЕСЬ.

Таб. 1. Зависимость силы тока через диод от напряжения на нём
Напряжение U, В -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
Сила тока I, мА                      

Эксперимент. Перечертите аккуратно таблицу 1 в тетрадь. Задавая различные напряжения U на диоде, измеряйте силу тока I через него. Данные заносите в таблицу. По ним следует построить график I(U). Оформляйте свою работу грамотно и аккуратно. Не забудьте подписать названия осей координат графика ВАХ, указать масштабы, название таблицы и графика ВАХ. Значения напряжения в эксперименте, разумеется, можно выбирать любые в пределах 0 - 5 В. Имейте в виду, если вы начали работать, перезапускать страницу уже не следует. Программа при каждом запуске ставит в схему диод с новыми характеристиками! ВАХ не получится.
Это всё или как-то ещё можно использовать одностороннюю проводимость p-n перехода? К чему нам эта ВАХ? Да, нет же, не всё! Ой, как много интересного ждёт того, кто свяжет свою судьбу с полупроводниковой электроникой! А пока проверьте себя, постарайтесь ответить на вопросы к нашему заданию.
1. Какое свойство диода отражает его кривая ВАХ?
1) одностороннюю проводимость;
2) двустороннюю проводимость;
3) закон Ома для участка цепи;
4) закон Ома для полной цепи;
5) среди этих ответов нет правильного.
Ответ №:
2. Какие материалы обладают двусторонней проводимостью?
1) контакт p и n полупроводников;
2) контакт металла и его оксида;
3) диэлектрик;
4) металл;
5) электролит.
Ответы №№:
3. Какие носители заряда создают ток через диод при его включении в прямом направлении?
1) электроны;
2) дырки;
3) дырки и электроны собственной проводимости;
4) дырки и электроны примесной проводимости;
5) дырки и электроны и собственной, и примесной проводимости.
Ответ №:
4. Какие носители заряда создают ток через диод при его включении в обратном направлении?
1) электроны;
2) дырки;
3) дырки и электроны собственной проводимости;
4) дырки и электроны примесной проводимости;
5) дырки и электроны и собственной, и примесной проводимости.
Ответ №:
5. Какие носители заряда создают ток через диод в положительной ветви ВАХ диода?
1) электроны;
2) дырки;
3) дырки и электроны собственной проводимости;
4) дырки и электроны примесной проводимости;
5) дырки и электроны и собственной, и примесной проводимости.
Ответ №:
6. Какие носители заряда создают ток через диод в отрицательной ветви ВАХ диода?
1) электроны;
2) дырки;
3) дырки и электроны собственной проводимости;
4) дырки и электроны примесной проводимости;
5) дырки и электроны и собственной, и примесной проводимости.
Ответ №:
7. Почему ток в положительной ветви ВАХ диода много больше, чем в отрицательной?
1) при прямом включении диода напряжение на нём больше, чем при обратном;
2) при прямом включении балластное сопротивление меньше, чем при обратном;
3) при прямом включении диода количество примесных электронов больше в n-области, чем в р-области;
4) при прямом включении диода количество примесных электронов больше в р-области, чем в n-области;
5) диоды изготавливают так, чтобы количество примесных носителей зарядов (участвующих в прямой проводимости) было много больше, чем собственных (участвующих при обратной проводимости).
Ответ №:
8. При каком условии происходит перегорание диода (диод перестаёт проводить ток в любом направлении)?
1) При недопустимо высоком напряжении.
2) При недопустимо большом токе через диод.
3) При недопустимо высокой температуре р-n перехода.
Ответ №:
9. При каком условии происходит пробой диода (диод начинает проводить ток одинаково в любом направлении)?
1) При недопустимо высоком напряжении.
2) При недопустимо большом токе через диод.
3) При недопустимо высокой температуре р-n перехода.
Ответ №:
10. Чем оборачивается слишком высокая температура p-n перехода диода?
1) Диод может перегореть.
2) Может наступить пробой диода
3) С повышением температуры количество собственных носителей заряда, участвующих в образовании обратного тока, увеличивается, и диод теряет свойство односторонней проводимости.
Ответ №:
11. В цепи, изображённой на рисунке, сопротивления резисторов равны между собой: R1 = R2 = R3 = R. При разомкнутом ключе К через резистор R3 течёт ток I0 = 1,4 А. Загорится ли лампа после замыкания ключа, если она загорается при силе тока I = 0,5 А? Сопротивление лампы в этом режиме Rл = 3R. Внутренним сопротивлением источника пренебречь, диод считать идеальным.
1) Да.
2) Нет.
3) Задача не имеет однозначного ответа.
Ответ №:




U, B
© Н.В. Смирнов. 2020.