- •Исследование свойств p-n переходов в приборах оптоэлектроники
- •0717000 – Физика и техника оптической связи
- •Содержание
- •1. Введение
- •2. Описание редактора «Electronics Workbench»
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Общие правила работы с редактором
- •3.2. Функциональный генератор (Function Generator)
- •3.3. Осциллограф (Oscilloscope)
- •3. Контрольно - измерительные приборы
- •3.1. Мультиметр (Multimeter)
- •3.4. Плоттер (Воde Рlоtter)
- •4. Теоретическая часть работы
- •4.1. Вольт-амперная характеристика p-n перехода
- •4.2. Дифференциальное сопротивление p-n перехода
- •4.3. Частотные свойства p-n перехода
- •5. Часть 1: исследование вольт - амперной
- •5.1. Составление измерительной схемы
- •5.2. Сборка схемы на рабочем столе ewb
- •5.3. Выбор параметров измерительной цепи
- •5.4. Задание к части 1 лабораторной работы
- •5.5. Порядок выполнения часть 1 лабораторной работы
- •6. Часть 2: измерение дифференциального сопротивления p-n перехода
- •6.2. Задание к части 2 лабораторной работы
- •6.3. Порядок выполнения части 2 лабораторной работы
- •7. Часть 3: измерение времени релаксации
- •7.1. Задание к части 3 лабораторной работы
- •Порядок выполнения части 3 лабораторной работы
- •8. Часть 4: излучающие свойства p-n перехода
- •8.1. Задание к части 4 лабораторной работы
- •8.2. Порядок выполнения части 4 лабораторной работы
- •9. Отчет по лабораторной работе
- •10. Литература
5. Часть 1: исследование вольт - амперной
ХАРАКТЕРИСТИКИ p-n ПЕРЕХОДА
Целью данной части лабораторной работы является приобретение навыков работы с редактором Electronics Wokbench по составлению схем измерения характеристик оптоэлектронных приборов, содержащих p-n переходы, а также исследование ВАХ p-n перехода при различных значениях его основных параметров.
5.1. Составление измерительной схемы
Здесь на примере измерения ВАХ показана последовательность действий по составлению схем и их сборке в редакторе EWB.
П
о
определению вольт-амперная характеристика
какого-либо прибора представляет
зависимость величины тока через прибор
от значения приложенного к нему
постоянного напряжения:
.
Для получения визуального изображения
ВАХ целесообразно использовать
осциллограф, в котором по оси ординат
откладывается ток через переход, а по
оси абсцисс – приложенное к нему медленно
меняющееся напряжение. Входные усилители
осциллографа имеют высокое входное
сопротивление (обычно до 10 МОм) и потому
являются измерителями напряжения.
Значит, на Y-вход
осциллографа надо подать напряжение,
пропорциональное величине тока через
p-n
переход. Следовательно, схема для
измерения ВАХ должна кроме перехода
содержать нагрузочное сопротивление,
падение напряжения на котором содержит
информацию о токе перехода и в примитивном
виде должна выглядеть так, как показано
на рис. 2. Для определения параметров
схемы и условий измерения с ее помощью
ВАХ найдем падение напряжения
на сопротивлении нагрузки
.
Если к последовательно соеди-ненным
p-n
переходу и сопротивлению
приложено медленно меняющееся во времени
(например, по пилообразному закону)
напряжение
,
то (рис.2)
,
(7)
Рис.
2 где
- сопротивление перехода по постоянному
току, которое определяет его ВАХ. Из
выражения (7) следует, что в общем случае
напряжение на сопротивлении нагрузки
сложным образом зависит от параметров
p-n
перехода. Проанализируем выражение (7)
для выяснения условий получения по
рассматриваемой схеме ВАХ перехода.
1.
Рассмотрим случай, когда
.
Тогда согласно выражению (1) получим
.
Следовательно, при выборе большого
сопротивления нагрузки падение напряжения
на нем не несет информацию о ВАХ p-n
перехода.
2.
Пусть теперь сопротивление нагрузки
имеет малую величину по сравнению с
сопротивлением перехода во всем диапазоне
прикладываемого к цепи напряжения:
.
В этом случае выражение (1) дает
.
(8)
Стоящее в круглых скобках выражение есть отыскиваемая ВАХ.
Таким образом, если выбрать нагрузочное сопротивление малым по сравнению с сопротивлением p-n перехода на постоянном токе, то снимаемое с сопротивления нагрузки постоянное напряжение будет пропорционально ВАХ исследуемого перехода. Именно этот вариант схемы измерения реализуется в данной лабораторной работе.
Исходя
из описанного выше, для составления
схемы измерения потребуется источник
регулируемого постоянного напряжения,
нагрузочное сопротивление и
измеритель падения напряжения на нём
– в виде осциллографа. Поскольку в
области отрицательного напряжения
сопротивление перехода велико и резко
уменьшается в области положительных
напряжений, то диапазоны изменения
постоянного напряжения в положительную
и отрицательную стороны должны быть
различными: в области положительных
напряжений достаточно, например, +
В, а в области отрицательных -
В. В качестве источника регулируемого
постоянного напряжения
,
прикладываемого к исследуемому переходу,
целесообразно использовать
генератор двухполярного пилообразного
напряжения с низкой частотой повторения
и амплитудой, достаточной для охвата
как прямой, так и обратной ветви ВАХ.
Однако диссимметрия диапазонов
положительного и отрицательного
напряжения при использовании двухполярного
пилообразного напряжения амплитудой
может быть реализована добавлением к
пилообразному напряжению постоянного
напряжения
.
Его величина может быть рассчитана,
исходя из известных значений максимального
положительного напряжения
В и минимального напряжения
В (см. рис. 3)
,
.
(9)
Р
егистрировать
ВАХ можно на
экране осциллографа по одному из его
каналов: каналу А
или каналу В.
Далее,
величина
сопротивления нагрузки
должна быть выбрана исходя из двух
противоположных требований: с одной
стороны ее величина должна быть много
меньшей сопротивления р-п
перехода
во всём диапазоне используемых напряжений
смещения
,
а с другой - падение
напряжения на нём должно быть достаточным
для его надёжного измерения
осциллографом. Максималь-ная
чувствительность вертикальных
усилителей осциллографа составляет 5
мВ/см. Значит, при измерении в области
отрицательных напряжений минималь-ного
тока: тока насыщения
,
имеющего малое значение (типичное
значение
А),
необходимо сопротивле-ние нагрузки,
падение напряжения на котором составит
мВ: Рис. 3
.
(10)
