POLITECHNIKA OPOLSKA |
ĆWICZENIE LABORATORYJNE Z FIZYKI nr 5 |
08-04-97r |
Temat: Badanie własności prostowniczych diody germanowej i prostownika selenowego |
||
I rok Elektrotechnika |
Wykonał: MAREK RAMS |
|
Rozróżniamy półprzewodniki niesamoistne typu „n” czyli elektronowe, oraz typu „p” - czyli dziurowe.
Jeżeli czysty german domieszkować będziemy pierwiastkami piątej grupy układu okresowego, np. As, Sb, P, to otrzymamy półprzewodnik typu „n”.
Jeżeli czysty german domieszkować będziemy pierwiastkami trzeciej grupy, np. Al, In, Ga, to otrzymamy półprzewodnik typu „p” .
Diodę półprzewodnikową stanowi płytka półprzewodnika krzemu lub germanu, która jest tak domieszkowana, że powstają w niej obszary
n i p. Tworzy ona tzw. złącze p-n.
W diodzie niespolaryzowanej elektrony z obszaru „n” dyfundują do obszary „p”, natomiast dziury z obszaru „p” dyfundują do obszaru „n”.
Dochodzi więc do rekombinacji ładunków, a w pobliżu styków złącza powstaje warstwa zaporowa ( przestrzeń pozbawiona nośników ruchomych ). W warstwie zaporowej uwidoczniają się jedynie ładunki atomów ( jonów ) domieszek i tworzą pewną różnicę potencjałów tzw.
barierę potencjałów.
Jeżeli złącze p-n spolaryzujemy napięciem zewnętrznym zaporowo wówczas wytworzone pole elektryczne powoduje przemieszczenie się nośników większościowych w kierunku skrajnych elektrod - rozszerzy się warstwa zaporowa.
Złącze w tym stanie nie przewodzi prądu elektrycznego.
Jeżeli złącze p-n spolaryzujemy napięciem zewnętrznym w kierunku przewodzenia, a wartość tego napięcia będzie większa od napięcia potencjału wówczas wytworzone pole elektryczne spowoduje, że zostanie zlikwidowana warstwa zaporowa.
Oporność tego złącza gwałtownie zmaleje i nastąpi swobodny przepływ nośników większościowych ( dziur i elektronów ) przez złącze.
Mówimy wtedy, że dioda jest w stanie przewodzenia.
Dioda germanowa:
Kierunek przewodzenia |
Kierunek zaporowy |
||
U[V] |
J[mA] |
U[V] |
J[μA] |
0,1 |
4 |
1,2 |
396 |
0,2 |
28 |
2,4 |
407 |
0,3 |
80 |
3,6 |
418 |
0,4 |
153 |
4,8 |
428 |
0,5 |
231 |
6,0 |
447 |
0,6 |
320 |
7,2 |
463 |
0,7 |
414 |
8,4 |
481 |
0,8 |
507 |
9,6 |
531 |
0,9 |
602 |
10,8 |
536 |
1,0 |
751 |
12,0 |
570 |
z=2V z=2A z=20V z=2mA
Dioda krzemowa:
Kierunek przewodzenia |
Kierunek zaporowy |
||
U[V] |
J[mA] |
U[V] |
J[μA] |
0,12 |
0 |
2 |
0 |
0,24 |
0 |
4 |
0 |
0,36 |
0 |
6 |
0 |
0,48 |
3 |
8 |
0 |
0,60 |
29 |
10 |
0 |
0,72 |
98 |
12 |
0 |
0,84 |
199 |
14 |
0 |
0,96 |
315 |
16 |
0 |
1,08 |
439 |
18 |
0 |
1,20 |
563 |
19 |
0 |
z=2V z=2A z=20V z=2mA
Prostownik selenowy:
Kierunek przewodzenia |
Kierunek zaporowy |
||
U[V] |
J[mA] |
U[V] |
J[μA] |
0,33 |
0 |
2 |
21 |
0,66 |
2 |
4 |
54 |
0,99 |
32 |
6 |
95 |
1,32 |
104 |
8 |
147 |
1,65 |
201 |
10 |
203 |
1,98 |
306 |
12 |
276 |
2,31 |
426 |
14 |
368 |
2,64 |
534 |
16 |
497 |
2,97 |
670 |
18 |
688 |
3,30 |
871 |
19 |
821 |
z=20V z=2A z=20V z=2μA
kl=2%
Rachunek błędu:
Dioda germanowa:
Kierunek przewodzenia |
Kierunek zaporowy |
||
ΔU |
ΔJ |
ΔU |
ΔJ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,002 |
0,08 |
0,024 |
7,92 |
0,004 |
0,56 |
0,048 |
8,14 |
0,006 |
1,60 |
0,072 |
8,36 |
0,008 |
3,06 |
0,096 |
8,56 |
0,010 |
5,22 |
0,120 |
8,94 |
0,012 |
6,40 |
0,144 |
9,62 |
0,014 |
8,28 |
0,168 |
9,62 |
0,016 |
10,14 |
0,192 |
10,62 |
0,018 |
12,04 |
0,216 |
10,72 |
0,020 |
15,02 |
0,240 |
11,40 |
Dioda krzemowa:
Kierunek przewodzenia |
Kierunek zaporowy |
||
ΔU |
ΔJ |
ΔU |
ΔJ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,024 |
0 |
0,04 |
0 |
0,048 |
0 |
0,08 |
0 |
0,072 |
0 |
0,12 |
0 |
0,096 |
0,06 |
0,16 |
0 |
0,120 |
0,58 |
0,20 |
0 |
0,144 |
1,96 |
0,24 |
0 |
0,168 |
3,98 |
0,28 |
0 |
0,192 |
6,30 |
0,32 |
0 |
0,216 |
8,78 |
0,36 |
0 |
0,240 |
11,26 |
0,38 |
0 |
Prostownik selenowy:
Kierunek przewodzenia |
Kierunek zaporowy |
||
ΔU |
ΔJ |
ΔU |
ΔJ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,0066 |
0 |
0,04 |
0,42 |
0,0132 |
0,04 |
0,08 |
1,08 |
0,0192 |
0,64 |
0,12 |
1,90 |
0,0264 |
2,08 |
0,16 |
2,94 |
0,0330 |
4,02 |
0,20 |
4,06 |
0,0396 |
6,12 |
0,24 |
5,52 |
0,0462 |
8,52 |
0,28 |
7,36 |
0,0528 |
10,68 |
0,32 |
9,94 |
0,0594 |
13,40 |
0,36 |
13,76 |
0,0660 |
17,42 |
0,38 |
16,42 |
Przykładowe obliczenia: