WAT	LABORATORIUM RADIOELEKTRONIKI I DIAGNOSTYKI	ZRiD
ISM
Przedmiot: Elektrotechnika i elektronika I
Grupa: L4X3S1	Skład podgrupy: Patej Gabriela Piotrowska Karolina Ruła Sylwia Tracz Martyna	Data wykonania ćwiczenia: 15.04.2015r.
		Prowadzący ćwiczenie: mgr inż. Krzysztof Sośniak
Temat: Wyznaczanie parametrów diod i tranzystorów.

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i zasadą działania podstawowych rodzajów diod półprzewodnikowych oraz z pracą tranzystora bipolarnego. Naszym zadaniem jest pomiar wartości napięcia i natężenia prądu na poszczególnych elementach (diody, tranzystory) i wyznaczenie ich charakterystyk wyjściowych. Ćwiczenie pozwala zapoznać się z parametrami następujących diod:

• diody krzemowej i germanowej;

• diody Zenera.

1. Wstęp teoretyczny:

   1. Diody

Diody są najprostszymi, dwukońcówkowymi elementami, zawierającymi złącza półprzewodnikowe. Zwykle dioda jest zbudowana z pojedynczego złącza p-n lub złącza metal-półprzewodnik (m-s). Złącza p-n stanowią podstawowe elementy, z których buduje się bardziej złożone struktury tranzystorów, tyrystorów, układów scalonych itp. Diody można różnie klasyfikować, w zależności od przyjętych kryteriów. W tym ćwiczeniu badamy diody prostownicze i stabilizujące (Zenera).

Diody prostownicze.

Diodami prostowniczymi nazywa się diody przeznaczone do prostowania prądu przemiennego o małej częstotliwości przy dużych mocach wydzielanych w obciążeniu. Są to, zatem diody pracujące przeważnie w układach prostowniczych bloków zasilania różnych urządzeń elektronicznych i elektrycznych. Diody te pracują przy częstotliwości 50 Hz, czasem 400 Hz. Jest to zakres na tyle małych częstotliwości, że zjawiska dynamiczne nie mają istotnego wpływu na pracę diody w układzie w przeciwieństwie do grupy diod prostowniczych impulsowych przeznaczonych do pracy w tzw. przetwornicach lub zasilaczach impulsowych, gdzie wymagane są specjalne parametry diod

Diody prostownicze są to diody warstwowe (dyfuzyjne lub stopowe) wytwarzane z krzemu lub rzadziej z germanu.

Charakterystyka napięciowo-prądowa diody prostowniczej

Symbol diody półprzewodnikowej:

Diody stabilizacyjne.

Diody stabilizacyjne, nazywane często zwyczajowo diodami Zenera, są to diody warstwowe p-n, mające zastosowanie w układach stabilizacji napięć, w układach ograniczników, jako źródła napięć odniesienia itp. Jest to półprzewodnikowy element stabilizacyjny, w którym wykorzystuje się efekty: Zenera i powielania lawinowego. Występują one podczas zaporowej polaryzacji złącza p-n. Efekt Zenera polega na tunelowym przejściu elektronu, (tzn. bez straty energii) z pasma odstawowego do pasma przewodnictwa półprzewodnika.

Charakterystyka napięciowo-prądowa diody stabilizacyjnej

symbol diody stabilizującej:

Tranzystory Bipolarne

Tranzystor jest półprzewodnikowym elementem wzmacniającym, umożliwiającym sterowanie większej mocy mniejszą mocą. Zasada działania tranzystora polega na przepływie prądu z obwodu o małej rezystancji, co powoduje podniesienie mocy. Nazwa bipolarny oznacza że w procesie przewodzenia biorą udział elektrony i dziury. Tranzystor przeważnie wykonany jest z krzemu, rzadziej z germanu, w postaci nakładanych na siebie trzech warstw półprzewodnika typu n i p. W zależności od kombinacji tych warstw odróżnia się tranzystory typu NPN oraz PNP. Tranzystor bipolarny posiada dwa złącza PN: emiterowe i kolektorowe. Rozróżnia się trzy podstawowe konfiguracje w jakich mogą pracować tranzystory: ze wspólną bazą, wspólnym emiterem i wspólnym kolektorem.

1. Schematy pomiarowe:

   1. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody krzemowej

1. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody germanowej

1. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody Zenera

1. Pomiary natężeń prądu w tranzystorze bipolarnym pnp

1. Obliczenia

4.1. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody krzemowej w kierunku przewodzenia

UF [V]	0,479	0,519	0,535	0,557	0,578	0,590	0,596	0,602	0,608
IF [mA]	0,05	0,14	0,20	0,31	0,53	0,69	0,79	0,90	1,02

4.2. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody krzemowej w kierunku zaporowym

UR [V]	0,527	2,541	2,630	2,610	2,637	2,703	3,080	3,100	3,500	10,020
IR [µA]	0	0	0	0	0	0	0	0,1	0,3	0,9

4.3. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody germanowej w kierunku przewodzenia

UF [V]	0,592	0,609	0,618	0,628	0,642	0,650	0,661	0,675	0,688
IF [mA]	0,72	1,02	1,2	1,45	1,88	2,18	2,66	3,45	4,36

4.4. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody germanowej w kierunku zaporowym

UR [V]	0,473	1,191	1,524	1,884	2,000	2,394	2,494	3,555	6,330
IR [µA]	0	0	0,1	0,1	0,1	0,2	0,2	0,3	0,3

4.5. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody Zenera w kierunku przewodzenia

UF [V]	0,696	0,736	0,741	0,749	0,753	0,757	0,760	0,765	0,781
IF [mA]	0,16	0,84	1,01	1,39	1,60	1,85	2,08	2,46	3

4.6. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody Zenera w kierunku zaporowym

UR [V]	0,612	1,472	2,316	3,184	4,200	5,160	6,360	7,200	7,940	7,970
IR [µA]	0	0,1	0,1	0,1	0,4	0,5	0,6	0,8	294,2	934,0

Pomiary natężeń prądu w tranzystorze bipolarnym pnp

IC [mA]	IB [mA]	IE [mA]	β=
3	0,0141	3	212,766
ICsat=11,94	0,22	12,13	54,27

4.8. Pomiar natężeń prądu w tranzystorze bipolarnym npn

IC [mA]	IB [mA]	IE [mA]	β=
3	-0,0224	3,12	-133,929
ICsat=11,92	-0,2200	12,23	-54,18

Wnioski:

W ćwiczeniu wyznaczaliśmy charakterystyki prądowo napięciowe diody krzemowej, germanowej i Zenera oraz tranzystorów bipolarnych NPN i PNP. Diody badaliśmy w kierunku przewodzenia i zaporowym.

Diodę krzemowa, germanową i Zenera badaliśmy za pomocą modułu pomiarowego KL-23001 a tranzystory za pomocą modułu KL-23002.Elementy podłączaliśmy do wyjścia dzielnika napięcia. Napięcie wejściowe dzielnika równe było 12V.

W pierwszej kolejności badaliśmy diodę krzemową w kierunku przewodzenia i zaporowym. W kierunku przewodzenia napięcie progowe odczytane z charakterystyki wynosi ok. 0,55V. Wartość odczytana z charakterystyki mieści się w wartościach tablicowych wynoszących 0,5-0,8V. W kierunku zaporowym przez diodę zaczął płynąć prąd dla wartości napięcia ok. 3,1V co wynika z ogromnej rezystancji diody w tym kierunku.

Następnie badaliśmy diodę germanową. Tablicowa wartość napięcia przewodzenia wynosi dla niej 0,2-0,4V jednak nie możemy stwierdzić czy wartość dla badanej diody mieści się w tym zakresie, ponieważ pomiary zostały wykonane dla wyższych wartości napięć. Dla kierunku zaporowego prąd zaczyna płynąć przy wartościach napięcia ok. 1,5V.

Ostatnia badaną diodą była dioda Zenera. Z przebiegu charakterystyki domyślamy się, że napięcie progowe wynosi dla niej ok. 0,67V. W kierunku zaporowym prąd zaczyna płynąć przy wartościach napięcia ok. 1,47V, przy czym charakterystyka zmienia się nieznacznie, aż do osiągnięcia wartości ok. 7,9V, kiedy to zaczyna gwałtownie wzrastać. Napięcie to nazywamy napięciem Zenera.

We zbadanych diodach widzimy jednoznacznie że w pozycji zaporowej prąd nie płynął, aż do osiągnięcia pewnej wartości napięcia, kiedy to zaczynał przepływać bardzo niewielki prąd o wartości dziesiątych części mikroamperów. Oznacza to, że napięcie było podawane w zakresie w którym dioda „blokuje” przepływ prądu. Po przekroczeniu wartości krytycznej napięcia, dioda uległaby zniszczeniu.

Następnym badanym elementem był tranzystor bipolarny PNP. Przy ustalonym prądzie kolektora równym 3mA prąd bazy równy jest 0,0141mA a prąd emitera równy 3mA (prąd emitera i prąd kolektora różnią się o prąd bazy). Wzmocnienie (stosunek prądów kolektora i bazy) dla tych wartości równe jest 212,766. Prąd kolektora tranzystora w stanie nasycenia wynosi 11,94mA. Prąd bazy wynosi wtedy 0,22mA a prąd emitera 12,13mA, co odpowiada wzmocnieniu równemu 54,27.

Kolejnym badanym tranzystorem był tranzystor bipolarny NPN. Przy ustalonym prądzie kolektora równym 3mA prąd bazy równy jest -0,0224mA a prąd emitera równy 3,12mA. Wzmocnienie dla tych wartości równe jest -133,929. Prąd kolektora tranzystora w stanie nasycenia wynosi 11,92mA. Prąd bazy wynosi wtedy -0,22mA a prąd emitera 12,23mA, co odpowiada wzmocnieniu o wartości -54,18.

Ewentualne błędy mogły być efektem niepożądanych oporności mierników, przewodów, styków oraz błędów pomiarowych mierników. Nie miały one jednak istotnego wpływu na poprawność wyników ćwiczenia.