Technikum Elektryczne nr 1
Pracownia elektryczna i
elektroniczna
2011 / 2012
Łukasz Zawadzki nr 8
Temat: Badanie diod
półprzewodnikowych.
Kl.III aE
Grupa: brak
Data: 05.10.2011r.
Ocena:
Technikum Elektryczne nr 1
Pracownia elektryczna i
elektroniczna
2011 / 2012
Łukasz Zawadzki nr 8
Temat: Badanie diod
półprzewodnikowych.
Kl.III aE
Grupa: brak
Data: 05.10.2011r.
Ocena:
1.Wstęp:
a) Diody prostownicze
są to diody wykorzystywane do pracy w układach prostowniczych,
w zasilaczach różnych urządzeń elektronicznych. Wyróżnia się diody ogólnego
przeznaczenia, głównie stosowane do prostowania prądu przemiennego o częstotliwości
50Hz do 400Hz ,czasami kilku kHz.
Oznaczenie i kierunek przewodzenia:
b)
Własności i parametry diod półprzewodnikowych.
W diodach możemy wyróżnić parametry:
- statyczne:
•
napięcie przewodzenia UF przy określonym IF
•
prąd wsteczny IR przy określonym UR
- dynamiczne:
•
pojemność diody przy określonej częstotliwości i określonym napięciu wstecznym
•
sprawność detekcji
Wyróżnia się następujące dopuszczalne parametry graniczne:
•
maksymalny stały prąd przewodzenia IFmax
•
maksymalny szczytowy prąd przewodzenia IFMmax
•
maksymalne sta
łe napięcie wsteczne URmax
•
maksymalne szczytowe napięcie wsteczne URMmax
W stanie przewodzenia (rys. a) na diodzie występuje nieznaczny spadek napięcia rzędu
(0,6 -
0,7)V. W stanie zaporowym (rys. b) przez diodę przepływa nieznaczny prąd wsteczny,
silnie zależny od temperatury złącza. Napięcie występujące na diodzie w stanie zaporowym
nazywa się napięciem wstecznym UR.
Po przekroczeniu pewnej wartości maksymalnej napięcia wstecznego URSM prąd wsteczny
szybko wzrasta, co może spowodować uszkodzenie diody.
Rys.1 Charakterystyka prądowo – napięciowa diody prostowniczej.
IF , UF -
prąd i napięcie w kierunku przewodzenia
IR, UR -
prąd i napięcie w kierunku wstecznym (zaporowym)
URwm -
szczytowe wsteczne napięcie pracy
Urrm - szczytowe
napięcie wsteczne
URsm -
niepowtarzalne szczytowe napięcie wsteczne
c) Dioda Zenera:
Diody Zenera są to specjalne diody krzemowe, w których wykorzystuje się zakrzywienie
charakterystyki prądowo-napięciowej w obszarze przebicia Zenera (przebicia nie
niszcz
ącego struktury krystalicznej półprzewodnika).Podczas normalnej pracy dioda Zenera
jest zatem spolaryzowana w kierunku zaporowym.
Dioda ta jest diodą stabilizacyjną ,tzn. że
utrzymuje ona stałe napięcie.
Rys.2 Charakterystyka prądowo-napięciowa diody Zenera
UZ – napięcie stabilizacji
UF – napięcie przewodzenia
IR – prąd wsteczny
rZ – rezystancja dynamiczna
2
. Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi rodzajami diod półprzewodnikowych i
ich parametrami oraz
charakterystykami prądowo-napięciowymi.
3
. Przebieg ćwiczenia:
Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy dokładnie zaznajomić się ze schematem układu
pomiarowego!
Charakterystyki prądowo-napięciowe większości diod można wyznaczyć stosując
następujące metody:
• pomiarów prądów i napięć amperomierzami i woltomierzami, tzw. Metoda „punkt po
punkcie";
• pomiaru impulsowego oscyloskopem;
W naszym ćwiczeniu charakterystyki prądowo-napięciowe zdejmować będziemy wyłącznie
metodą „punkt po punkcie", metoda ta jest prostsza, ale bardziej czasochłonna.
Do wyznaczenia dokładnych charakterystyk prądowo-napięciowych diod potrzebne są dwa
układy połączeń dla różnych kierunków zasilania diod.
4.Schematy:
Rys.3 Układ do badania diody prostowniczej w kierunku przewodzenia.
Rys.4
Układ do badania diody prostowniczej w kierunku zaporowym.
Rys.5 Układ do badania diody Zenera w kierunku przewodzenia.
Rys.6
Układ do badania diody Zenera w kierunku zaporowym.
5.Tabele pomiarowe:
Tabela wyników dla diody prostowniczej w kierunku przewodzenia.
Lp.
I[mA]
U[V]
[V]
1
0
0
0
2
0,2
1,38
1
3
6,18
1,42
2
4
15,77
1,45
3
5
25,55
1,46
4
6
35,41
1,47
5
7
45,29
1,48
6
8
55,20
1,49
7
9
65,13
1,49
8
10
75,06
1,5
9
11
85,00
1,5
10
12
94,95
1,51
11
13
104,9
1,51
12
14
114,9
1,51
13
15
124,8
1,51
14
16
134,8
1,52
15
17
144,7
1,52
16
18
154,7
1,53
17
19
164,7
1,53
18
20
174,6
1,54
19
21
184,6
1,54
20
Tabela wyników dla diody prostowniczej w kierunku zaporowym.
Lp.
I[mA]
U[V]
[V]
1
0
0
0
2
0
-2
2
3
0
-4
4
4
0
-6
6
5
0
-8
8
6
0
-10
10
7
0
-12
12
8
0
-14
14
9
0
-16
16
10
0
-18
18
11
0
-20
20
12
0
-22
22
13
0
-24
24
14
0
-26
26
15
0
-28
28
16
0
-30
30
17
0
-35
35
18
0
-40
40
19
0
-45
45
20
-0,96
-49,90
50
21
-20,16
-49,98
52
Tabela wyników dla diody Zenera w kierunku przewodzenia.
Lp.
I[µA]
U[mV]
[V]
1
5,144
441,5
1
2
14,84
468,9
2
3
24,70
482,2
3
4
94,31
517
10
5
144,2
528,6
15
6
194,1
536,6
20
7
244
542,8
25
8
294
548
30
9
343,9
552,4
35
10
393,9
556,2
40
11
443,8
559,6
45
12
493,8
562,7
50
Tabela wyników dla diody Zenera w kierunku zaporowym.
Lp.
I[µA]
U[V]
[V]
1
0
0
0
2
0
-0,90
1
3
0
-1,81
2
4
0
-2,72
3
5
0
-3,63
4
6
0
-4,54
5
7
-6,44
-4,86
6
8
-16,18
-4,89
7
9
-26,04
-4,90
8
10
-35,95
-4,91
9
11
-45,88
-4,92
10
6.Wykaz elementów:
-
rezystor 100Ω, 1kΩ
-
źródło zasilania napięcie zmiennego (0-48V/50Hz)
-
źródło napięcia stałego (0-37V)
-
woltomierz do pomiaru napięcia zmiennego i stałego
-
amperomierz do pomiaru prądu zmiennego i stałego
-dioda prostownicza 1N4001 50V/1A
-dioda stabilizacyjna (Zenera) 1N4733 ,5,1V/49mA 1W
7.Charakterystyki prądowo-napięciowe diod:
Charakterystyka diody prostowniczej w stanie zaporowym i przewodzenia.
Charakterystyka diody Zenera w kierunku zaporowym i przewodzenia.
IF , UF -
prąd i napięcie w kierunku przewodzenia
IR, UR -
prąd i napięcie w kierunku wstecznym (zaporowym)
Wnioski:
Ćwiczenie to miało na celu zaobserwowanie wyników dla stanu przewodzenia jak i
zaporowego oraz zobrazowanie ich na charakterystyce prądowo-napięciowej. Łatwo
zaobserwować że przy zmianie rezystancji opornika na większą na charakterystyce było by
więcej punktów i charakterystyka była by bardziej rozciągnięta i bardziej dokładna. Przy
diodzie Zenera należało odpowiednio dobrać rezystancję opornika aby nie zostały
przekroczone wartości znamionowe, gdyż dioda użyta w ćwiczeniu posiada maksymalną
obciążalność prądową przy wartości 49mA i napięciu szczytowym 5,1V. Celem tej diody jest
stabilizacja napięcia, co można zauważyć przy stanie zaporowym w tabeli od 8-11 pomiaru,
gdzie war
tości napięcia nieznacznie ulegną zmianie przy znacznej zmianie wartości prądu.
Char
akterystyki wyszły porównywalne do tych idealnych (szczególnie charakterystyka dla
diody Zenera)
, lecz utworzenie ich było czasochłonne i przysparzało wiele problemów.
Większość uczniów popełniło błąd podłączając do układu badania diody prostowniczej
napięcia zmiennego. Przy badaniu diody prostowniczej w kierunku zaporowym wartość
prądu została uzyskania dopiero przy napięciu granicznym (50V), wcześniej wartość prądu
wynosiła 0.