Лабораторна робота №5. Дослідження електричного кола з напівпровідниковим діодом

 Мета: експериментально переконатися в односторонній провідності напівпровідникового діода (світлодіода).

Обладнання: джерело постійного струму, міліамперметр, вольтметр, мікроамперметр, ключ, з’єднувальні провідники, діод або світ- лодіод.

Правила техніки безпеки

1.   Приступати до виконання роботи можна тільки з дозволу вчителя.

2.  Складання електричного кола  проводьте  у  такій  послідовнос- ті: починаючи від вимикача, з’єднуйте всі елементи, через які протікатиме струм. Залишіть вільними провідники, які будуть під’єднуватися до джерела струму.

3.  Складене електричне коло можна вмикати лише з дозволу вчи- теля.

4.  Якщо під час роботи виявлено несправності, негайно вимкніть електроживлення і повідомте про це вчителя.

5.  Після закінчення роботи вимкніть джерело електроживлення, розберіть електричне коло, приведіть в порядок робоче місце.

Теоретичні відомості

Напівпровідниковий діод це напівпровідниковий прилад з одним електричним переходом і двома зовнішніми виводами. Якщо на діод діє зовнішнє електричне поле, напрямлене від діркового напівпровідника p до електронного n, то електричне поле переходу n–р слабне, основні носії зарядів рухаються до межі поділу двох напівпровідників, товщина і опір запірного шару зменшуються, внаслідок чого дифузійний струм основних носіїв заряду зростає і загальна сила струму через перехід починає зростати. Струм, утворений рухом основних носіїв заряду і напрямлений від діркового напівпровідника до електронного, називають прямим струмом діода.

Із зміною полярності прикладеної напруги електричне поле пере- ходу n–р зростає і дифузійний рух основних носіїв заряду через перехід припиняється: електричне поле витісняє основні носії зарядів від межі поділу двох напівпровідників у глибину електронної n і діркової p областей. Тому товщина запірного шару збільшується, а опір його зростає. Проте невеликий струм і в цьому разі проходить через діод, він створюється рухом неосновних носіїв заряду. Цей струм напрямлений від електронного напівпровідника до діркового; його називають зворотним струмом діода. Залежно від напряму струму в діоді при- кладену до нього напругу, а також опір діода називають прямими або зворотними.

Світлодіод це напівпровідниковий прилад з електронно-дірковим переходом, що створює оптичне випромінювання при проходженні через нього електричного струму. Якщо напрям електричного струму через p–n перехід відповідає прямому переходу, то носії заряду – електрони і дірки – рекомбінують, випромінюючи фотони (у зв’язку із переходом електронів з одного енергетичного рівня на інший).

Під час виконання роботу, треба дослідити залежності сил прямого і зворотного струмів діода від прикладених до нього напруг і побудувати графіки цих залежностей.

Порядок виконання роботи

І. Дослідження залежності сили прямого струму діода (світлодіода) від прикладеної до нього напруги

1.   Зберіть електричне коло для вимірювання прямого струму діода (світлодіода) за схемою, наведеною на мал. 1. Діод (світлодіод) підклю чити у пропускному напрямку, «+» на корпусі діода (світлодіода) по- винен спрямовуватися до позитивної клеми джерела струму.

Мал. 1

1.    Замкніть ключ. Пересуваючи повзунок реостата поступово змі- нюйте напругу на діоді (світлодіоді), щоразу записуючи покази ампер- метра та вольтметра у таблицю.

Застереження. Сила прямого струму діода (світлодіода) не повин­

на перевищувати величину струму, яка зазначена у технічних ха­ рактеристиках приладу, інакше він вийде з ладу.

 

U, В
І, А

2.     За       результатами       вимірювання       побудуйте       вольт-амперну характеристику діода (світлодіода).

1.       Зробіть висновок, про характер залежності сили прямого стру- му діода (світлодіода) від прикладеної до нього напруги.

 

ІІ. Дослідження    залежності   сили  зворотнього     струму    діода

(світлодіода) від прикладеної до нього напруги.

1.  Розімкніть коло.

2.  
Замініть міліамперметр на мікроамперметр. змініть полярність увімкнення діода (світлодіода) (мал. 2).

Мал. 2

3.   Пересуваючи повзунок реостата, поступово змінюйте напругу на діоді (світлодіоді), щоразу записуючи покази амперметра та вольтметра у таблицю.

U, В
І, А

4.       За      результатами       вимірювання       побудуйте       вольт-амперну характеристику діода (світлодіода).

5.       Зробіть висновок, про характер залежності сили зворотнього струму діода (світлодіода) від прикладеної до нього напруги.

 

✀ Додаткове експериментальне завдання

Використовуючи електричне коло для дослідження залежності сили зворотнього струму діода (світлодіода) від прикладеної до нього напруги, виміряти максимальну силу струму при найбільшій напрузі та дослідити як буде змінюватися сила струму та опір діода (світлодіода), якщо діод (світлодіод) нагріти руками або за допомогою електричного фена тощо.