Wydział Elektroniki Politechniki Wrocławskiej	Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych
^Wykonał		^Grupa -	^Ćw. nr 2	^Prowadzący
Charakterystyka prądowo-napięciowa złącza p-n		^Data wykonania	^Data oddania	^Ocena

WYKAZ PRZYRZĄDÓW :

• Multimetr cyfrowy 1321

• Multimetr cyfrowy V562

• Zasilacz stabilizowany P317

• Dioda DZG - 7:

U_R = 128 [ V ]

I_F = 100 [ mA ]

PRZEBIEG ĆWICZENIA :

Pomiar charakterystyki prądowo - napięciowej złącza p - n w kierunku przewodzenia

Schematy do wyznaczania charakterystyki prądowo - napięciowej złącza p - n dla prądów I_F > 1μA.

Omomierz pełni w układzie rolę źródła prądowego o wartościach prądu z zakresu 1μA - 10mA

Tabela pomiarowa:

I [ mA ]	U [ V ]
100,2	0,391
90,1	0,385
80,0	0,378
69,9	0,370
55,8	0,360
49,7	0,350
39,6	0,338
29,5	0,321
19,4	0,299
9,3	0,260
10	0,269
1	0,149
0,1	0,052
0,01	0,012
0,001	0,001

Schemat do wyznaczania charakterystyki prądowo - napięciowej złącza p - n dla prądów I_F < 1μA.

Prąd płynący w obwodzie wyznacza się pośrednio poprzez pomiar wartości napięcia na znanym rezystorze (1M). Wtedy prąd można obliczyć ze wzoru
. Rezystor R ogranicza wartość prądu w obwodzie. Znając jego moc (2W) i wartość prądu, jaką ma ograniczać (10mA) możemy wyliczyć R ze wzoru
= 20k.

Tabela pomiarowa:

UD [ V ]	UR [ V ]	I [ A ]
0,0003	0,26	0,26
0,0004	0,33	0,33
0,0006	0,50	0,50
0,0011	0,90	0,90
0,0019	1,57	1,57
0,0024	2,02	2,02
0,0027	2,32	2,32
0,0048	4,16	4,16
0,0067	6,00	6,00
0,0088	8,16	8,16
0,0222	27,6	27,6
0,0267	31,6	31,6
0,0342	51,2	51,2
0,0464	80,3	80,3
0,0558	99,9	99,9

Wzory i obliczenia

1. Rezystancja szeregowa R_s

W celu obliczenia rezystancji szeregowej R_s skorzystamy ze wzoru:

gdzie U” = 0,36V; U' = 0,34V; I = 60mA (patrz charakterystyka). Dla tych danych rezystancja szeregowa wynosi:

.

Zatem ostatecznie R_s = 0,333Ω.

2. Prąd nasycenia Is

Prąd nasycenia odczytany z wykresu wynosi I_s = 33,2 A

3. Współczynnik doskonałości n

Do wyprowadzenia współczynnika doskonałości n skorzystamy ze wzoru Shockley'a:

.

Z prostoliniowego odcinka charakterystyki prądowo - napięciowej bierzemy dwa punkty (U₁, I₁) i (U₂, I₂) i zapisujemy dla nich równanie Shockley'a:

.

Dla kierunku przewodzenia mamy
, więc w powyższym układzie równań możemy pominąć jedynki. Logarytmując powyższe wzory uproszczone otrzymujemy:

.

Odejmując równania stronami otrzymamy:

Przekształcając ostatnie równanie otrzymujemy ostatecznie wzór na n:

Przyjmuję U₁ = 0,048V; I₁ = 0,1mA; U₂ = 0,24V; I₂ = 7mA oraz
i otrzymuję n równe:

Zatem ostatecznie n = 1,738.

WNIOSKI I UWAGI:

Wykres zależności I=f(U) został wykonany w skali półlogarytmicznej, gdzie zlogarytmowano oś prądu. Pozwala to w prosty sposób zobrazować kilka rzędów wielkości prądu oraz wyznaczyć podstawowe parametry (I_s, n, R_s). Otrzymany kształt charakterystyki, przedstawiony na wykresie, zgodny jest z założeniami teoretycznymi, choć niektóre punkty odbiegały od wykresu. Mogło to być spowodowane błędami przyrządów czy nawet niestabilnością tempe­raturową.

Wartość rezystancji szeregowej reprezentującej spadek napięcia poza obszarem złącza (obszar p, n, doprowa­dzenia) wynosi 0,333, co pokrywa się z danymi katalogowymi, jeśli chodzi o rząd wielkości.

Obliczona wartość współczynnika doskonałości wynosi 1,738, a więc zawiera się w teoretycznym przedziale [1,2]. Współczynnik ten zależy od udziału składowej rekombinacji i dyfuzji w prądzie płynącym przez złącze. W naszym przypadku otrzymaliśmy, że w złączu płyną oba prądy, choć przeważa prąd rekombinacji.

Wartość prądu nasycenia I_s odczytywana była z wykresu i przez to może nie jest najdokładniejsza. W naszym przypadku I_s = 33,2A. Mając wartość I_s możemy obliczyć np. prąd generacji wiedząc, że dla diód germanowych stosunek I_g do I_s wynosi 0,1.

- 3 -

---