2007	LABORATORIUM ELEKTRONICZNE
Lab. nr 2	BADANIE DIÓD PÓŁPRZEWODNIKOWYCH
Grupa: C3 L06	Ireneusz Sołek
Data: 28.03.2007	Ocena:	Podpis:

Wstęp teoretyczny.

W diodzie półprzewodnikowej prąd wzrasta w sposób widoczny dopiero po przekroczeniu przyłożonego napięcia wartości oznaczonej jako U_γ. Wartość tego napięcia jest umowna i wynosi dla diod germanowych 0,2 V, a dla krzemowych 0,6 V. Napięcie U_γ nazywa się napięciem progowym.

Charakterystyki diód germanowej i krzemowej z zaznaczonym U_γ przedstawione są na rysunku:

Różnica wartości napięcia progowego dla diod germanowych i krzemowych spowodowane jest tym ,że:

• prąd zwrotny nasycenia diody germanowej jest rzędu mikroamperów, co stanowi wartość około 10³ raza większą niż dla diody krzemowej, dlatego zauważalny wzrost prądu występuje już przy mniejszych napięciach

• dla pierwszych kilku dziesiątych wolta wzrost prądu w diodzie krzemowej określony jest czynnikiem, a dla napięć większych przez , fakt ten dodatkowo wpływa na przesunięcie początkowego punktu wzrostu charakterystyki.

Wartości graniczne diody.

W celu zabezpieczenia bezawaryjnej pracy diody nie należy przekraczać maksymalnie dopuszczalnych wartości przyłożonych napięć i prądu płynącego przez diodę. Wartości maksymalne zależą od szeregu czynników. Jednym z nich jest maksymalna temperatura t_j złącza. Przyrost temperatury złącza t_j ponad temperaturę otoczenia t_a jest proporcjonalny do mocy wydzielanej na złączu. Dopuszczalna moc tracona na złączu nazywa się mocą admisyjną i oznaczona jest symbolem P_ad. Niezależnie od mocy admisyjnej dla diody podaje się maksymalną wartość prądu w kierunku przewodzenia I_FM oraz maksymalny prąd i napięcie w kierunku zaporowym I_RM oraz U_RM­.

Cel ćwiczenia.

Celem naszego ćwiczenia było zbadanie diod półprzewodnikowych, a przede wszystkim wyznaczenie charakterystyk I = f(U). Pomiary należało przeprowadzić zarówno w kierunku przewodzenia jak i zaporowym.

1. 
   Kierunek przewodzenia.

W tym celu połączyliśmy układ według poniższego schematu:

potencjometrem regulowaliśmy napięcie podawane na układ pomiarowy. Woltomierzem V mierzyliśmy wartość napięcia na diodzie a amperomierzem wartość przepływającego przez nią prądu.

1. Schemat układu pomiarowego:

Tabela pomiarowa dla diody krzemowej w kierunku przewodzenia

U (V)	0,017	0,75	0,76	0,79	0,8	0,82	0,84	0,85	0,87	0,89
I (mA)	0	60	81	128	170	220	301	354	447	545

Tabela pomiarowa dla diody germanowej w kierunku przewodzenia

U (V)	0,006	0,218	0,84	1,15	2,15	3,25	3,96	4,26	4,29
I (mA)	0	0,18	2	3,2	7,3	12,5	16,57	18,45	18,95

Tabela pomiarowa dla diody LED w kierunku przewodzenia

U (V)	0,005	1,65	1,85	1,87	1,92	1,95	1,96	2	2	2,01
I (mA)	0	0,2	5,5	7	11,8	15,2	17	21,7	24,4	25

Tabela pomiarowa dla diody Zenera w kierunku przewodzenia

U (V)	0,005	0,77	0,79	0,8	0,816	0,82	0,821	0,823	0,825	0,83
I (mA)	0	4,5	11,6	15,1	24,6	28,6	33,6	37	40,1	46

Wykres charakterystyki badanych diod w skali dziesiętnej

Wykres charakterystyki badanych diod w skali logarytmicznej

Wyznaczenie napięcia progowego U_D

Aby wyznaczyć napięcie progowe odczytujemy z wykresu wartość napięcie dla prądu 0,1 IFmax.

Wyniki przedstawiają się następująco

Dioda krzemowa: 0,1 IFmax=21,3 mA,, wówczas UD=0,52 V

Dioda germanowa: 0,1 IFmax=2,88 mA, wówczas UD=0,5 V

Dioda LED (czerwona): 0,1 IFmax=6,46 mA, wówczas UD=1,85 V

Dla diody LED kolor światła zależy od napięcia prądu, którym wzbudzana jest dioda.

3. 4.

Wyznaczenie rezystancji szeregowej R_S, prądu nasycenia I₀ i współczynnika złącza η, rezystancji statycznej i dynamicznej

Rezystancja szeregowa

R_S- rezystancja szeregowa

U_F- napięcie w kierunku przewodzenia

U_S- odległość w woltach wykresy rzeczywistego od wykresu aproksymowanego

I_F- prąd w kierunku przewodzenia

Prąd nasycenia

I_D- prąd diody

I₀- prąd nasycenia

U_D- napięcie na diodzie

U_T= kT/q- potencjał elektrokinetyczny

k- stała Boltzmana (k= 1,380662*10^-23 [J/K])

q- ładunek elementarny (q=1,6021892*10^-19 [C])

T- temperatura bezwzględna

Współczynnik złącza η

Wymagane obliczenia wykonam tylko dla diody krzemowej, ponieważ dla pozostałych wystarczy tylko podstawić odpowiadające im dane.

Dioda krzemowa

Rezystancja szeregowa

U_F=0,75 V

I_F=60mA

U_s=0,018 V

Prąd nasycenia

U_D=0,75 V

I_D=60 mA= 0,06 A

U_T=25 mV= 0,025 V

Rezystancja statyczna

Rezystancja dynamiczna (różniczkowa)

Kierunek zaporowy dla diody.

b) Schemat układu pomiarowego:

Wnioski.

Na podstawie otrzymanych przez nas wykresów mogę stwierdzić, że przy pomiarach diod, zarówno w kierunku przewodzenia jak również kierunku zaporowym otrzymaliśmy kształt charakterystyki odpowiadający teoretycznemu.

Każda z diod przewodziła prąd od pewnej, charakterystycznej dla siebie wartości napięcia - progowego, po jego przekroczeniu napięcie na diodzie się stabilizuje zaś prąd zaczyna gwałtownie narastać.

Zwiększanie napięcia na diodzie LED powodowało zwiększenie intensywności barwy świecenia

Gdy podpięliśmy układ prostownika półfalowego na oscyloskopie mogliśmy

zaobserwować przebiegi napięcia na poszczególnych elementach. Przebiegiem

wejściowym była sinusoida. Przebieg napięcia na diodzie to cała ujemna część przebiegu wejściowego wraz z napięciem dodatnim do 0,7 V.

Przebieg napięcia na rezystorze to dodatnia część przebiegu sinusoidalnego wejściowego.

Gdy dioda nie przewodzi napięcie ujemne odkłada się na niej zaś napięcie, w przeciwnym wypadku na rezystorze.

10

10

10

---