硅二極管的伏安特性曲線以及二極管特性參數的測定

1、必&物理心器件3實驗報半導必&物理心器件3實驗報專業(yè) 班級 指導教師姓名實驗時間2014年6月3 日實驗地點實驗一：硅二極管的伏安特性曲線以及二極管特性參數的測定實驗預習報告實驗目的：1、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3、對二極管PN結極性、晶體材料作出判斷4、測定二極管主要特性參數和了解二極管型號命名規(guī)則。實驗儀器：YB4810型晶體管特性圖示儀；硅開關二極管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實驗原理：1、二極管工作原理晶體二極管為一個由p型半導體和n型半導體形

2、成的p-n結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自 建電常當不存在外加電壓時，由于p-n結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而 處于電平衡狀態(tài)。當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流 （這也就是導電的原因）。當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓 范圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流（這也就是不導電的原因）。晶體二極管為一個由p型半導體和n型半導體形成的p-n結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建 電常當不存在外加電壓時，由于p-n結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電

3、場引起的漂移電流相等而處 于電平衡狀態(tài)。當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。 當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流10。當外加的反向電壓高到一定程度時，p-n結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產生載 流子的倍增過程，產生大量電子空穴對，產生了數值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現象。2、二極管的類型二極管種類有很多，按照所用的半導體材料，可分為鍺二極管Ge管）和硅二極管（Si管）。根據其不 同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關二極管等。按照

4、管芯結構，又可分為點接觸型二 極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點接觸型二極管是用一根很細的金屬絲壓在光潔的半導體晶片表面， 通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地燒結在一起，形成一個PN結”。由于是點接觸，只允許通過較小的 電流（不超過幾十毫安），適用于高頻小電流電路，如收音機的檢波等。面接觸型二極管的“PN結”面積較大，允許通過較大的電流（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，它不僅能通過較大的電流，而且性能穩(wěn)定可 靠，多用于開關、脈沖及高頻電路中。3、二極管的導電特性二極管最重要的特性就是單方向導電性。在電路中，電流只能從二極管的

5、正極流入，負極流出。下面通過 簡單的實驗說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，負極接在低電位端，二極管就會導通，這種連接方式，稱 為正向偏置。必須說明，當加在二極管兩端的正向電壓很小時，二極管仍然不能導通，流過二極管的正向電流 十分微弱。只有當正向電壓達到某一數值（這一數值稱為“門檻電壓”，鍺管約為0.2V，硅管約為0.6V）以后， 二極管才能直正導通。導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，負極接在高電位端，此時二極管中幾乎沒

6、有電流流過，此時 二極管處于截止狀態(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。二極管處于反向偏置時，仍然會有微弱的反向電流流過 二極管，稱為漏電流。當二極管兩端的反向電壓增大到某一數值，反向電流會急劇增大，二極管將失去單方向 導電特性，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、二極管的主要參數用來表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術指標，稱為二極管的參數。不同類型的二極管有不同的特性 參數。對初學者而言，必須了解以下幾個主要參數：額定正向工作電流是指二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值。因為電流通過管子時會使管芯發(fā)熱，溫度上升， 溫度超過容許限度(硅管為140左右，鍺管為90左

7、右)時，就會使管芯過熱而損壞。所以，二極管使用中不 要超過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，會將管子擊穿，失去單向導電能力。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，流過二極管的反向電流。反向電流越小，管子 的單方向導電性能越好。值得注意的是反向電流與溫度有著密切的關系，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

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，它的反向電流已達8mA，不僅失去了單方向導電特性，還會使管子過熱而損壞。又如，2CP10 型硅二極管，25時反向電流僅為5uA，溫度升高到75時，反向電流也不過160uA。故硅二極管比鍺二極管在 高溫下具有較好的穩(wěn)定性。實驗內容：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、確保保險絲使用的指定型號：1A3、啟動YB4810晶體管圖示儀（1）開啟電源，預熱5分鐘，調節(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）調零：未測試前，應首先調整階

9、梯信號起始級零電位的位置。在“掃描開關”和“級/簇”調零的情況下， 將VC開關置于Vbe檔，階梯開關置于V檔，調節(jié)階梯調零電位器，使在按動“階梯極性”的過程中，屏幕上 光點在X軸方向不隨之跳動為止。4、測試硅開關二極管IN4148反向漏電流和特性參數。.將二極管測試座接入圖示儀，將光點移至熒光屏的左下角作坐標零點，并做如下旋鈕設置。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：重復；極性：一階梯電流：1mA/級（用峰值電壓調大至合適位置。（1）根據顯示出的圖形繪制出二極管反

10、向特性曲線，標明橫縱坐標值；（2）讀出二極管特性參數一額定正向工作電流5、測試硅整流二極管IN4007和鍺整流二極管的正向特性曲線和特性參數。.將二極管測試座接入圖示儀，將光點移至熒光屏的左下角作坐標零點，并做如下旋鈕設置。按圖兩邊同時 插上硅、鍺二極管（用鍺PNP三極管3AX22的集電結）。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 （實際為 VCB）Y軸集電極電流20 mA/度 (IC)階梯選擇1 mA/度測試選擇雙族（人：8同時按下）階梯信號：重復； 極性：一階梯電流：10mA/級 ）峰值電壓調大至合適位置。(1)AB(1)AB交替測試圖二極管的連接圖

11、形（2）（2）（3）分別求出硅、鍺二極管的導通電壓。根據顯示出的圖形繪制出二極管正向特性曲線，標明橫縱坐標值;6、測試硅穩(wěn)壓二極管0.5W7.5V和1W12V的穩(wěn)壓特性曲線。.將二極管測試座接入圖示儀，將光點移至熒光屏的左下角作坐標零點，并做如下旋鈕設置。兩邊同時接上硅穩(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試選擇階梯信號：重復；極性：一階梯電流：0.01 mA/級（七）圖穩(wěn)壓二極管的連接方法0-20V正（+ ）1 kQ1V/度 （實際為vCB）1 mA/度 （ZC）0.01mA/度雙族（人8同時按下）峰值電壓調大至合適位置。AB交

12、替測試；根據顯示出的圖形繪制出二極管穩(wěn)壓特性曲線，標明橫縱坐標值；并驗證穩(wěn)壓值。思考題：1、查找半導體二極管命名規(guī)則半導體器件型號由五部分(場效應器件、半導體特殊器件、復合管、PIN型管、激光器件的型號命名只有 第三、四、五部分)組成。五個部分意義如下：第一部分：用數字表示半導體器件有效電極數目。2-二極管、3-三極管第二部分：用漢語拼音字母表示半導體器件的材料和極性。表示二極管時：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：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：用漢語拼音字母表示半導體器件的內型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-半導體晶閘管(可控整流器)、Y-體效應器件、B-雪崩管、J-階躍恢復管、CS-場效應管、BT-半導體特殊 器件、FH-復合管、PIN-PIN型管、JG-激光器件。第四部分：用數字表示序號第五部分：用漢語拼音字母表示規(guī)格號2、什么叫做PN結的擊穿與擊穿電壓，簡述PN結雪崩擊穿與隧道擊穿的機理，并說明兩者不同之處。PN結的擊穿：對pn結施加的反向偏壓增大到

14、某一數值VBR時，反向電流密度突然開始迅速增大的現象 稱為pn結擊穿。發(fā)生擊穿時的反向電壓稱為pn結的擊穿電壓。擊穿電壓：電介質在足夠強的電場作用下將失去其介電性能成為導體，稱為電介質擊穿，所對應的電壓稱為 擊穿電壓。PN結雪崩擊穿：材料摻雜濃度較低的PN結中，當PN結反向電壓增加時，空間電荷區(qū)中的電場隨著增強。 這樣通過空間電荷區(qū)的電子和空穴，就會在電場作用下，使獲得的能量增大。在晶體中運行的電子和空穴 將不斷的與晶體原子發(fā)生碰撞，通過這樣的碰撞可使束縛在共價鍵中的價電子碰撞出來，產生自由電子- 空穴對。新產生的載流子在電場作用下撞出其他價電子，又產生新的自由電子和空穴對。如此連鎖反應， 使得阻擋層中的載流子的數量雪崩式地增加，流過PN結的電流就急劇增大擊穿PN結，這種碰撞電離導 致擊穿稱為雪崩擊穿隧道擊穿：隧道擊穿是在強電場作用下，由隧道效應，使大量電子從價帶穿過禁帶而進入到導帶所引起的一種擊穿現象3、肖特基二極管正偏時的電荷情況是怎樣的？肖特基二極管正偏時，內建電勢差減小，電子很容易