1  ^?? Измерьте ВАХ диода и резистора, когда полярность подключения источника питания такова, что диод открыт (работает прямая ветвь ВАХ диода). Приведите схему электрической цепи, которая была использована.

Для измерения вольт-амперной характеристики диода и резистора в «прямом» направлении соберем классическую схему с делителем напряжения и стандартным подключением приборов (рис. 2).

Показания вольтметра будут равны суммарному напряжению на диоде и резисторе. Показания амперметра будут равны току, текущему через диод и резистор, так как внутреннее сопротивление вольтметра в этом режиме много больше сопротивления резистора и диода.

2  ^?? Постройте график измеренной зависимости. Определите сопротивление резистора и напряжение открытия диода. Напряжением открытия диода называют напряжение на диоде при протекании через него тока $100~мкА.$

Проведем измерения во всем возможном диапазоне, поворачивая ручку потенциометра. Занесем данные в таблицу и построим график зависимости тока от напряжения.

$I,~мкА$	0.001	0.003	0.007	0.008	0.020	0.042	0.050	0.067	0.081	0.097	0.110	0.153
$U,~В$	0.02	0.06	0.09	0.10	0.16	0.25	0.28	0.33	0.38	0.43	0.48	0.61
$I,~мкА$	0.208	0.258	0.284	0.329	0.408	0.443	0.495	0.565	0.603	0.733	0.776	0.879
$U,~В$	0.78	0.93	1.01	1.15	1.39	1.49	1.65	1.86	1.97	2.36	2.49	2.80

3  ^?? Измерьте ВАХ диода и резистора, когда полярность подключения источника питания такова, что диод закрыт (работает обратная ветвь ВАХ диода). Измерения проведите так, чтобы, с одной стороны, с максимальной точностью определять силу тока, протекающего в цепи, с другой – использовать максимально большой диапазон значений напряжения. Приведите схему электрической цепи, которая была использована.

Для измерения вольт-амперной характеристики в обратном направлении наиболее подходящей является схема, изображенная на рисунке 3.

В ней показания вольтметра №2 легко пересчитать в ток, текущий через резистор и диод:
$$ I=\frac{U_2}{R_V},\tag{3}$$где $R_V=1~МОм$ – сопротивление вольтметра. Такое использование мультиметра позволяет существенно увеличить точность измерения обратного тока диода.
Разность показаний вольтметров в схеме равна напряжению на последовательно соединенных резисторе и диоде:
$$ U=U_1-U_2.\tag{4}$$Стоит отметить, что измерение напряжения непосредственно на резисторе и диоде, при использовании второго мультиметра, в режиме вольтметра приводит к уменьшению диапазона измерения ВАХ. Поэтому предпочтительной все же является схема, изображенная на рисунке 3.
Поворачивая ручку потенциометра, запишем показания мультиметров. Рассчитаем ток, текущий через резистор и диод и напряжение на них. Занесем данные в таблицу.

4  ^?? Постройте график измеренной зависимости.

Построим график вольт-амперной характеристики.

5  ^?? Проведите измерение силы тока, текущего в обратном направлении через диод, при напряжении на диоде $3~В$ в зависимости от температуры диода. Во время измерений следите, чтобы напряжение на диоде всегда было равно $3~В$. Подробно опишите ход эксперимента и особенности использованной экспериментальной установки.

Несмотря на то, что при измерениях вольт-амперной характеристики необходимо использовать оба мультиметра в режиме вольтметра для точного измерения обратного тока диода, в измерениях при изменении температуры все же нужна альтернативная схема измерений. Дело в том, что обратный ток при повышении температуры диода вырастает на порядок. Это приводит к тому, что падение напряжения на вольтметре 2 в схеме на рисунке 3 становится настолько большим, что падение напряжения на диоде и резисторе в любом положении ручки потенциометра меньше $3~В$. С другой стороны измерение тока такой величины достаточно точно можно проводить с помощью амперметра в режиме «200 мкА». Поэтому одним из вариантов удобных схем измерений является схема, изображенная на рисунке 4.

6  ^?? Зависимость силы тока, протекающего через диод, при фиксированном напряжении на нем от температуры имеет вид:
$$I=I_0 \exp{\left( -\frac{eU_0}{kT}\right) },\tag{1}$$где $e = 1.6 \cdot 10^{-19}~Кл$ – модуль заряда электрона, $T$ – температура диода, измеренная в Кельвинах, ${k=1.38\cdot10^{-23}~Дж/К}$ – постоянная Больцмана, $U_0$ – некоторая величина, имеющая размерность напряжения, $I_0$ – некоторая величина, имеющая размерность силы тока.
Определите значения $I_0$ и $U_0$ для выданного диода.

Проведем измерение зависимости показаний амперметра от температуры. Для этого погрузим термоусадочную трубку в горячую воду и далее будем записывать температуру воды и показания амперметра по мере остывания воды. Пересчитаем показания амперметра в значение тока, текущего через диод и резистор. Построим график этого тока, от температуры диода.
Видно, что график не описывается линейной функцией.
Прологарифмируем формулу, предложенную в условии:
$$\ln{I}=\ln{I_0}-\frac{eU_0}{kT}.\tag{6}$$
Видно, что в этом предположении зависимость логарифма тока от обратной температуры является линейной функцией. Рассчитаем эти величины и внесем их в таблицу. Построим соответствующий график.

$T, \,^\circ С$	$I_A,~мкА$	$I,~мкА$	$T^{-1},~10^{-3} \,К^{-1}$	$\ln{(I/мкА)}$
90.0	127.7	124.7	2.76	4.83
89.0	120.9	117.9	2.76	4.77
88.0	112,4	109.4	2.77	4.70
87.0	104.7	101.7	2.78	4.62
86.0	98.8	95.8	2.79	4.56
85.0	93.5	90.5	2.79	4.51
84.0	85.7	82.7	2.80	4.42
83.0	80.5	77.5	2.81	4.35
82.0	75.2	72.2	2.82	4.28
81.5	72.4	69.4	2.82	4.24
80.0	70.7	67.7	2.83	4.22
80.5	67.9	64.9	2.83	4.17
79.0	61.5	58.5	2.84	4.07
78.5	59.6	56.6	2.85	4.04
77.5	55.5	52.5	2.85	3.96
77.0	53.5	50.5	2.86	3.92
76.4	51.6	48.6	2.86	3.88
75.5	48.7	45.7	2.87	3.82
74.0	44.0	41.0	2.88	3.71
73.0	41.8	38.8	2.89	3.66
71.5	37.4	34.4	2.90	3.54
71.0	36.7	33.7	2.91	3.52
70.0	34.5	31.5	2.92	3.45
69.0	32.0	29.0	2.92	3.37
68.0	30.4	27.4	2.93	3.31
67.0	28.4	25.4	2.94	3.24
66.0	26.7	23.7	2.95	3.17

Видно, что график описывается линейной функцией с угловым коэффициентом ${K=-8.53\cdot10^3~К}$ и смещением $b=28.3$. Из данных величин рассчитаем искомые: