Экспериментальная часть Особенности эксперимента.

В

U_{a-k амплит.}

работе исследуют вольт – амперную характеристику туннельного диода с помощью электронного осциллографа , теоретически и экспериментально определяют положение экстремальных точек на вольт – амперной характеристики. Проводят оценку энергии Ферми и энергии, соответствующей максимумам функции плотности распределения носителей в зонах материала туннельного диода.

Снятие ВАХ ТД отличается рядом особенностей, обусловленных отрицательным динамическим сопротивлением диода на падающем участке характеристики от до(см. рис.5.5). Если нагрузочное сопротивление диода, т.е. общее сопротивление цепи, подключённой к диоду, включая сопротивление источника питания и измерительных приборов, больше динамического отрицательного сопротивления диода, то измерить ниспадающую ветвь ВАХ невозможно. Вместо статической ВАХ наблюдается кривая гистерезисного типа (точки 1–4 и штриховые прямые на рис.6в).

Для понимания особенности изменения ВАХ ТД рассмотрим схему из последовательно соединённых ТД и резистора , показанную на рис.6а. Для того, чтобы найти ток через диод, нанесём нагрузочную прямую на ВАХ диода, как показано на рис.6б.

(3.2)

Точка пересечения нагрузочной прямой (3.2) и ВАХ показывают ток и напряжение на диоде при данном внешнем напряжении . Если плавно увеличивать внешнее напряжение, то получим семейство нагрузочных прямых, изображённых на рис.6в.

Заметим, что при увеличении от нуля донагрузочная прямая пересекает характеристику в одной точке, и ток постоянно возрастает.

В окрестности нагрузочная прямая пересекает характеристику в трёх точках. При этом два решения, отвечающие внешним точкам пересечения, устойчивы, а решение, отвечающее внутренней точке, неустойчиво. При приближениикнагрузочная кривая сходит с горба характеристики, и мы опять получаем одно решение. Таким образом, при плавном увеличении напряжения после прохождения точки 1 ВАХ (рис.6в) будет наблюдаться скачок тока и скачкообразный переход к точке 2 ВАХ. При плавном уменьшении напряжения аналогичный скачок произойдёт в точке 3 ВАХ, и измерить полностью ВАХ ТД при данном нагрузочном сопротивлении оказывается невозможным. Для измерения ВАХ ТД на ниспадающей ветви надо уменьшить нагрузочное сопротивление диода до такой величины, чтобы оно было меньше (по модулю) динамического отрицательного сопротивления ТД. Для этого в данном лабораторном модуле собрано специальное устройство согласования.

Аппаратная часть. Приборы и оборудование.

Лабораторная работа выполняется на комбинированном лабораторном приборе ФКЛ-5К, имеющим сопряжение с ПК. Все параметры эксперимента, установленные и измеренные значения параметров выводятся в соответствующие окна программы-оболочки для работы с установкой – LabVisual 2.5 и дублируются на ЖКД LCD дисплее учебной установки. Лабораторный комплекс может работать как в сопряжении с ПК, так и в ручном режиме работы, для которого не требуется наличие компьютера.

Во избежание сбоев в работе, сопряжение с ПК посредством USB – порта и конфигурация USB-передатчика на учебном приборе осуществляется после включения установки в сеть и последующем нажатии многофункциональной кнопки «START USB/ОБРАЗЕЦ» (кнопка используется для конфигурации устройства сразу после включения). При этом, после включения лабораторной установки в сеть и до выполнения конфигурации USB-передатчика учебного прибора, устройство должно быть отключено от USB – порта ПК до соответствующего приглашения пользователя, высвечиваемого на LCD ЖКД дисплее:

1. CONNECT USB

2. PRESS BUTTON

Для надежного срабатывания кнопку необходимо удерживать нажатой в течение ~ 1 секунды.

В противном случае, возможна некорректная работа USB протокола и работа устройства.

Если планируется работа в ручном режиме (без использования ПК), то для продолжения работы прибора также после включения необходимо однократно нажать кнопку «START USB/ОБРАЗЕЦ», при этом USB шнур можно не подключать.

Учебная установка конструктивно состоит из БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ, имеющего выход к USB порту компьютера. Все элементы лабораторного модуля выполнены в виде единого блока и в процессе эксплуатации не требуют вмешательства пользователя.

Лабораторная установка ФКЛ-5К позволяет снять ВАХ туннельного диода по точкам (двух встроенных образцов вырожденного p-n перехода) с одновременным получением ВАХ на экране ПЭВМ. Упрощенная электрическая принципиальная схема для снятия ВАХ образцов приведена на рис. 7.

Резистора Rбалл. служит для ограничения тока образца и предохраняет туннельный диод от выхода из строя. Плавная регулировка выходного напряжения источника питания осуществляется