硅二極管的伏安特性曲線以及二極管特性參數(shù)的測(cè)定

1、必&物理心器件3實(shí)驗(yàn)報(bào)半導(dǎo)必&物理心器件3實(shí)驗(yàn)報(bào)專業(yè) 班級(jí) 指導(dǎo)教師姓名實(shí)驗(yàn)時(shí)間2014年6月3 日實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)實(shí)驗(yàn)一：硅二極管的伏安特性曲線以及二極管特性參數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、熟悉YB4810型圖示儀的面板裝置及其操作方法2、掌握二極管伏安特性曲線特點(diǎn)3、對(duì)二極管PN結(jié)極性、晶體材料作出判斷4、測(cè)定二極管主要特性參數(shù)和了解二極管型號(hào)命名規(guī)則。實(shí)驗(yàn)儀器：YB4810型晶體管特性圖示儀；硅開關(guān)二極管1N4148；硅整流二極管1N4007；硅穩(wěn)壓二極管0.5W7.5V； 硅穩(wěn)壓二極管1W12V；鍺PNP三極管3AX22實(shí)驗(yàn)原理：1、二極管工作原理晶體二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形

2、成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自 建電常當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而 處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流 （這也就是導(dǎo)電的原因）。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓 范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流（這也就是不導(dǎo)電的原因）。晶體二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建 電常當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電

3、場(chǎng)引起的漂移電流相等而處 于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。 當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流10。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載 流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。2、二極管的類型二極管種類有很多，按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為鍺二極管Ge管）和硅二極管（Si管）。根據(jù)其不 同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管等。按照

4、管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點(diǎn)接觸型二 極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點(diǎn)接觸型二極管是用一根很細(xì)的金屬絲壓在光潔的半導(dǎo)體晶片表面， 通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地?zé)Y(jié)在一起，形成一個(gè)PN結(jié)”。由于是點(diǎn)接觸，只允許通過(guò)較小的 電流（不超過(guò)幾十毫安），適用于高頻小電流電路，如收音機(jī)的檢波等。面接觸型二極管的“PN結(jié)”面積較大，允許通過(guò)較大的電流（幾安到幾十安）主要用于把交流電變換成 直流電的“整流”電路中。平面型二極管是一種特制的硅二極管，它不僅能通過(guò)較大的電流，而且性能穩(wěn)定可 靠，多用于開關(guān)、脈沖及高頻電路中。3、二極管的導(dǎo)電特性二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦浴Ｔ陔娐分?，電流只能從二極管的

5、正極流入，負(fù)極流出。下面通過(guò) 簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明二極管的正向特性和反向特性。（1）正向特性在電子電路中，將二極管的正極接在高電位端，負(fù)極接在低電位端，二極管就會(huì)導(dǎo)通，這種連接方式，稱 為正向偏置。必須說(shuō)明，當(dāng)加在二極管兩端的正向電壓很小時(shí)，二極管仍然不能導(dǎo)通，流過(guò)二極管的正向電流 十分微弱。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值（這一數(shù)值稱為“門檻電壓”，鍺管約為0.2V，硅管約為0.6V）以后， 二極管才能直正導(dǎo)通。導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為0.3V，硅管約為0.7V），稱為二極 管的“正向壓降”。（2）反向特性在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負(fù)極接在高電位端，此時(shí)二極管中幾乎沒(méi)

6、有電流流過(guò)，此時(shí) 二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。二極管處于反向偏置時(shí)，仍然會(huì)有微弱的反向電流流過(guò) 二極管，稱為漏電流。當(dāng)二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會(huì)急劇增大，二極管將失去單方向 導(dǎo)電特性，這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。（1）正向特性（2（1）正向特性4、二極管的主要參數(shù)用來(lái)表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術(shù)指標(biāo)，稱為二極管的參數(shù)。不同類型的二極管有不同的特性 參數(shù)。對(duì)初學(xué)者而言，必須了解以下幾個(gè)主要參數(shù)：額定正向工作電流是指二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)允許通過(guò)的最大正向電流值。因?yàn)殡娏魍ㄟ^(guò)管子時(shí)會(huì)使管芯發(fā)熱，溫度上升， 溫度超過(guò)容許限度(硅管為140左右，鍺管為90左

7、右)時(shí)，就會(huì)使管芯過(guò)熱而損壞。所以，二極管使用中不 要超過(guò)二極管額定正向工作電流值。例如，常用的IN4001-4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。最高反向工作電壓加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時(shí)，會(huì)將管子擊穿，失去單向?qū)щ娔芰?。為了保證使用安全，規(guī)定 了最高反向工作電壓值。例如，IN4001二極管反向耐壓為50V，IN4007反向耐壓為1000V。反向電流反向電流是指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下，流過(guò)二極管的反向電流。反向電流越小，管子 的單方向?qū)щ娦阅茉胶?。值得注意的是反向電流與溫度有著密切的關(guān)系，大約溫度每升高10，反向電流增大 一倍。例如2AP1型鍺二極管，在25時(shí)

8、反向電流若為250uA，溫度升高到35，反向電流將上升到500uA，依 此類推，在75時(shí)，它的反向電流已達(dá)8mA，不僅失去了單方向?qū)щ娞匦裕€會(huì)使管子過(guò)熱而損壞。又如，2CP10 型硅二極管，25時(shí)反向電流僅為5uA，溫度升高到75時(shí)，反向電流也不過(guò)160uA。故硅二極管比鍺二極管在 高溫下具有較好的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、檢查電壓，電源額定電壓為220V，H作電壓范圍大致為：198242V，交流。2、確保保險(xiǎn)絲使用的指定型號(hào)：1A3、啟動(dòng)YB4810晶體管圖示儀（1）開啟電源，預(yù)熱5分鐘，調(diào)節(jié)儀器“輝度”、“聚焦”、“輔助聚焦”等旋紐使熒光屏上的線條明亮清 晰（2）調(diào)零：未測(cè)試前，應(yīng)首先調(diào)整階

9、梯信號(hào)起始級(jí)零電位的位置。在“掃描開關(guān)”和“級(jí)/簇”調(diào)零的情況下， 將VC開關(guān)置于Vbe檔，階梯開關(guān)置于V檔，調(diào)節(jié)階梯調(diào)零電位器，使在按動(dòng)“階梯極性”的過(guò)程中，屏幕上 光點(diǎn)在X軸方向不隨之跳動(dòng)為止。4、測(cè)試硅開關(guān)二極管IN4148反向漏電流和特性參數(shù)。.將二極管測(cè)試座接入圖示儀，將光點(diǎn)移至熒光屏的左下角作坐標(biāo)零點(diǎn)，并做如下旋鈕設(shè)置。峰值電壓范圍0-100V極性正（+）功耗電阻25 kQX軸集電極電壓10V/度 （實(shí)際為 VCB）Y軸集電極電流0.2 rA/度)階梯選擇0.05 U A/度階梯信號(hào)：重復(fù)；極性：一階梯電流：1mA/級(jí)（用峰值電壓調(diào)大至合適位置。（1）根據(jù)顯示出的圖形繪制出二極管反

10、向特性曲線，標(biāo)明橫縱坐標(biāo)值；（2）讀出二極管特性參數(shù)一額定正向工作電流5、測(cè)試硅整流二極管IN4007和鍺整流二極管的正向特性曲線和特性參數(shù)。.將二極管測(cè)試座接入圖示儀，將光點(diǎn)移至熒光屏的左下角作坐標(biāo)零點(diǎn)，并做如下旋鈕設(shè)置。按圖兩邊同時(shí) 插上硅、鍺二極管（用鍺PNP三極管3AX22的集電結(jié)）。峰值電壓范圍0-5V極性正（+ ）功耗電阻2.5 QX軸集電極電壓0.1V/度 （實(shí)際為 VCB）Y軸集電極電流20 mA/度 (IC)階梯選擇1 mA/度測(cè)試選擇雙族（人：8同時(shí)按下）階梯信號(hào)：重復(fù)； 極性：一階梯電流：10mA/級(jí) ）峰值電壓調(diào)大至合適位置。(1)AB(1)AB交替測(cè)試圖二極管的連接圖

11、形（2）（2）（3）分別求出硅、鍺二極管的導(dǎo)通電壓。根據(jù)顯示出的圖形繪制出二極管正向特性曲線，標(biāo)明橫縱坐標(biāo)值;6、測(cè)試硅穩(wěn)壓二極管0.5W7.5V和1W12V的穩(wěn)壓特性曲線。.將二極管測(cè)試座接入圖示儀，將光點(diǎn)移至熒光屏的左下角作坐標(biāo)零點(diǎn)，并做如下旋鈕設(shè)置。兩邊同時(shí)接上硅穩(wěn)壓二極管0.5W7.5V和1W12V。峰值電壓范圍極性功耗電阻X軸集電極電壓Y軸集電極電流階梯選擇測(cè)試選擇階梯信號(hào)：重復(fù)；極性：一階梯電流：0.01 mA/級(jí)（七）圖穩(wěn)壓二極管的連接方法0-20V正（+ ）1 kQ1V/度 （實(shí)際為vCB）1 mA/度 （ZC）0.01mA/度雙族（人8同時(shí)按下）峰值電壓調(diào)大至合適位置。AB交

12、替測(cè)試；根據(jù)顯示出的圖形繪制出二極管穩(wěn)壓特性曲線，標(biāo)明橫縱坐標(biāo)值；并驗(yàn)證穩(wěn)壓值。思考題：1、查找半導(dǎo)體二極管命名規(guī)則半導(dǎo)體器件型號(hào)由五部分(場(chǎng)效應(yīng)器件、半導(dǎo)體特殊器件、復(fù)合管、PIN型管、激光器件的型號(hào)命名只有 第三、四、五部分)組成。五個(gè)部分意義如下：第一部分：用數(shù)字表示半導(dǎo)體器件有效電極數(shù)目。2-二極管、3-三極管第二部分：用漢語(yǔ)拼音字母表示半導(dǎo)體器件的材料和極性。表示二極管時(shí)：A-N型鍺材料、B-P型鍺材料、 C-N型硅材料、D-P型硅材料。表示三極管時(shí)：A-PNP型鍺材料、B-NPN型鍺材料、C-PNP型硅材料、 D-NPN型硅材料。第三部分：用漢語(yǔ)拼音字母表示半導(dǎo)體器件的內(nèi)型P-普通

13、管、V微波管、W-穩(wěn)壓管、C-參量管、Z-整流 管、L-整流堆、S-隧道管、N-阻尼管、U-光電器件、K-開關(guān)管、X-低頻小功率管(F3MHz,Pc3MHz,Pc1W)、D-低頻大功率管(f1W)、A-高頻大功率管(f3MHz,Pc1W)、 T-半導(dǎo)體晶閘管(可控整流器)、Y-體效應(yīng)器件、B-雪崩管、J-階躍恢復(fù)管、CS-場(chǎng)效應(yīng)管、BT-半導(dǎo)體特殊 器件、FH-復(fù)合管、PIN-PIN型管、JG-激光器件。第四部分：用數(shù)字表示序號(hào)第五部分：用漢語(yǔ)拼音字母表示規(guī)格號(hào)2、什么叫做PN結(jié)的擊穿與擊穿電壓，簡(jiǎn)述PN結(jié)雪崩擊穿與隧道擊穿的機(jī)理，并說(shuō)明兩者不同之處。PN結(jié)的擊穿：對(duì)pn結(jié)施加的反向偏壓增大到

14、某一數(shù)值VBR時(shí)，反向電流密度突然開始迅速增大的現(xiàn)象 稱為pn結(jié)擊穿。發(fā)生擊穿時(shí)的反向電壓稱為pn結(jié)的擊穿電壓。擊穿電壓：電介質(zhì)在足夠強(qiáng)的電場(chǎng)作用下將失去其介電性能成為導(dǎo)體，稱為電介質(zhì)擊穿，所對(duì)應(yīng)的電壓稱為 擊穿電壓。PN結(jié)雪崩擊穿：材料摻雜濃度較低的PN結(jié)中，當(dāng)PN結(jié)反向電壓增加時(shí)，空間電荷區(qū)中的電場(chǎng)隨著增強(qiáng)。 這樣通過(guò)空間電荷區(qū)的電子和空穴，就會(huì)在電場(chǎng)作用下，使獲得的能量增大。在晶體中運(yùn)行的電子和空穴 將不斷的與晶體原子發(fā)生碰撞，通過(guò)這樣的碰撞可使束縛在共價(jià)鍵中的價(jià)電子碰撞出來(lái)，產(chǎn)生自由電子- 空穴對(duì)。新產(chǎn)生的載流子在電場(chǎng)作用下撞出其他價(jià)電子，又產(chǎn)生新的自由電子和空穴對(duì)。如此連鎖反應(yīng)， 使得阻擋層中的載流子的數(shù)量雪崩式地增加，流過(guò)PN結(jié)的電流就急劇增大擊穿PN結(jié)，這種碰撞電離導(dǎo) 致?lián)舸┓Q為雪崩擊穿隧道擊穿：隧道擊穿是在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，由隧道效應(yīng)，使大量電子從價(jià)帶穿過(guò)禁帶而進(jìn)入到導(dǎo)帶所引起的一種擊穿現(xiàn)象3、肖特基二極管正偏時(shí)的電荷情況是怎樣的？肖特基二極管正偏時(shí)，內(nèi)建電勢(shì)差減小，電子很容易