INSTRUKCJE DO LABORATORIUM Z
ELEMENTÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH
Krzysztof Górecki, Witold J. Stepowicz, Janusz Zar bski
Gdynia 2002
INSTRUKCJE DO LABORATORIUM Z
ELEMENTÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH
Krzysztof Górecki, Witold J. Stepowicz, Janusz Zar bski
Gdynia 2002
2
REGULAMIN
Przed przyst pieniem do wykonania wiczenia nale y przygotowa si do niego w domu. Przygotowanie to
powinno obejmowa przede wszystkim powtórzenie stosownych fragmentów wykładu na temat badanych
elementów, a nast pnie na podstawie podanych w instrukcji zada do wykonania nale y zaplanowa przebieg
pomiarów oraz przygotowa odpowiednie tabelki pomiarowe. Dotyczy to m.in. ilo ci i rozmieszczenia punktów
pomiarowych przy pomiarach charakterystyk statycznych elementów, bowiem podstawowa wiedza o ich
przebiegu powinna by znana z wykładu i z wicze tablicowych. Tabelki powinny zawiera tytuły
wykonywanych zada , oznaczenia wielko ci mierzonych wraz z jednostkami oraz warto ci wielko ci
zmierzonych w trakcie zaj laboratoryjnych.
Po wykonaniu pomiarów w laboratorium, zgodnie z podanym w skrypcie zakresem zada , nale y wykona w
domu sprawozdanie z wiczenia. Nieodł czn cz ci sprawozdania jest protokół pomiarów (do jego
sporz dzenia nie nale y u ywa ołówka) podpisany bezpo rednio po zako czeniu zaj przez prowadz cego.
Protokół ten zawiera dane pomiarowe potrzebne do wykonania zada w domu. Oprócz imion i nazwisk osób
odrabiaj cych wiczenie, tytułu wiczenia i daty wykonania, powinien on zawiera usystematyzowane w
tabelkach wyniki pomiarów oraz oscylogramy. Sprawozdanie we wst pnej cz ci powinno zawiera tytuł i
numer wiczenia, imiona i nazwiska odrabiaj cych oraz dat wykonania wiczenia. Dalej nast puje tre
przewidzianych do wykonania w domu zada , zatytułowanych stosownym nagłówkiem, a nie numerem zadania
podanym w skrypcie. Przepisywanie w sprawozdaniu jeszcze raz, „na czysto”, protokółu pomiarów nie jest
wymagane. Dotyczy to tak e szkiców przebiegów zaobserwowanych na oscyloskopie, zamieszczonych w
protokóle, pod warunkiem ich czytelnej formy. Nie jest wymagane te rysowanie w tre ci sprawozdania
schematów układów pomiarowych. Zadania wykonywane w domu cz sto wymagaj pewnych oblicze na
podstawie danych z tabelek pomiarowych lub wykresów. Nale y wyra nie podawa wykorzystywane do
oblicze dane liczbowe i ich „pochodzenie” oraz przytoczy stosowane wzory. Zdecydowana wi kszo
wielko ci fizycznych posiada swoje miano, które nale y poda .
Kolejnym punktem sprawozdania, wysoko ocenianym przez prowadz cego, s wnioski i komentarze. Nie
mog to by fragmenty wykładu lub ksi ek, cz sto lu no zwi zane z wiczeniem. Ten punkt mo e zawiera
ró ne tre ci, dla przykładu mo e to by komentarz na temat zgodno ci (lub niezgodno ci) materiału podanego na
wykładzie z wynikami wiczenia, lub systematyczna, ilo ciowa analiza bł dów pomiarowych. Lakoniczne
uwagi typu „rozbie no wyników jest zwi zana z niedokładno ci u ytych mierników” nie s mile widziane.
W ka dym wiczeniu w ród zada do wykonania znajduje si sporz dzenie wykresów. Wykresy opatrzone
stosownym podpisem dotycz cym ich zawarto ci, powinny mie osie współrz dnych wyskalowane w
odpowiednich jednostkach. Sam wykres sporz dzany jest na podstawie naniesionych na rysunek punktów
pomiarowych, zawartych w protokóle pomiarowym. Z powodu rozrzutu punktów pomiarowych wykres typowo
nie przechodzi przez wszystkie naniesione punkty, ale jego przewidywany kształt przewa nie jest dobrze znany,
bo wynika z zasady działania badanego elementu, omówionej na wykładzie. W niektórych przypadkach posta
wykresu mo e wynika z zastosowania numerycznych metod wyznaczania warto ci parametrów badanej
zale no ci, dla której z pomiarów uzyskano zbiór danych. Dla przykładu, w przypadku wyznaczania warto ci
3
parametrów przebiegu liniowego mo na wykorzysta metod najmniejszych kwadratów, co nie wymaga
korzystania z komputera.
Do wykonania sprawozdania mo na u y edytora komputerowego lub napisa je odr cznie. Nale y jednak
pami ta o stosownej formie wydruku, np. do pisania równa wykorzystywa edytor wzorów. Przed oddaniem
sprawozdania nale y przeczyta jego tre , gdy komputer nie poprawia automatycznie wszystkich bł dów.
Posługiwanie si edytorem przy sporz dzaniu wykresów jest wskazane pod warunkiem umiej tnego korzystania
z jego mo liwo ci. Typowy bł d popełniany przy bezmy lnym korzystaniu z komputera to wykres przechodz cy
dokładnie przez wszystkie naniesione punkty pomiarowe, a wi c typowo o bł dnym kształcie. Nie nale y tak e
bezmy lnie cytowa wyników oblicze wykonanych przez komputer. Podanie wyniku oblicze ze zbyt du
dokładno ci , przykładowo podanie o miu cyfr znacz cych, uzyskanych z podzielenia dwóch wyników
pomiarów obarczonych 10% bł dem ka dy, jest powa n usterk . Warto doda , e istniej ce w studenckiej sieci
komputerowej opracowania wicze zawieraj wiele ra cych bł dów, odpisywanie za przez wielu studentów
identycznych, nawet poprawnych fragmentów tre ci sprawozda (zwłaszcza wniosków i komentarzy) z sieci nie
b dzie oceniane pozytywnie.
Zamieszczone na ko cu ka dej instrukcji pytania kontrolne mog słu y odrabiaj cym laboratorium do
własnej oceny stopnia przygotowania si do zaj , a tak e mog by wykorzystane przy odpowiedziach ustnych
studentów.
Zaj cia z laboratorium obejmuj na studiach dziennych dla kierunku elektronika i telekomunikacja 30 godzin
lekcyjnych. W ramach tych godzin przewidziane jest na pierwszych zaj ciach wprowadzenie, nast pnie
odrobienie 8 opisanych w niniejszym skrypcie wicze , ka de po 3 godziny lekcyjne. Ostatnie zaj cia s
po wi cone ewentualnemu odrabianiu zaległych wicze i odpytywaniu studentów nie spełniaj cych
okre lonych, podanych poni ej wymogów zaliczenia. Zaj cia odbywaj si systemem szeregowym, co oznacza,
e istniej dwa cykle po 4 wiczenia, w ramach których wiczenia s odrabiane kolejno przez wszystkie grupy
laboratoryjne licz ce od 1 do 3 osób ka da.
Obecno na zaj ciach jest warunkiem koniecznym zaliczenia przedmiotu. Jedna nieobecno
nieusprawiedliwiona poci ga za sob zero punktów z danego wiczenia, bez mo liwo ci odrobienia zaj w
innym terminie, natomiast dwie nieobecno ci nieusprawiedliwione powoduj skre lenie z listy odrabiaj cych
laboratorium. W przypadku nieobecno ci usprawiedliwionych, prowadz cy mo e zezwoli na odrabianie
wiczenia w innym terminie z inn grup , mo e zwolni z realizacji jednego wiczenia lub skierowa na
odrabianie wiczenia w terminie dodatkowym, np. na ostatnich zaj ciach w semestrze.
Sprawozdanie, jedno na grup laboratoryjn , powinno by oddane na nast pnych zaj ciach. Za ka dy tydzie
opó nienia przy oddawaniu odejmowany jest jeden punkt z oceny za sprawozdanie. Sprawozdania oceniane s w
skali punktowej od 0 do 10 punktów. W wyj tkowych przypadkach prowadz cy mo e odda negatywnie
ocenione (tj. poni ej 5 punktów) sprawozdanie do poprawienia. Za sprawozdania, w których sprawdzaj cy
stwierdzi niezgodno wyników pomiarów podanych w protokóle pomiarowym z danymi przyj tymi w
opracowaniu odrabiaj cy uzyskaj zero punktów. Warunkiem koniecznym zaliczenia zaj z laboratorium jest
uzyskanie co najmniej 50% punktów mo liwych do zdobycia ze wszystkich sprawozda . Po sprawdzeniu
sprawozdania prowadz cy mo e, na bie cych lub kolejnych zaj ciach, przepyta z jego tre ci autorów i
indywidualnie ka demu z nich doda do jego oceny z wiczenia od –3 do 3 punktów (umownie ocena
4
dostateczna z odpowiedzi ustnych jest interpretowana jako zero punktów). Konieczno znajomo ci tre ci
sprawozdania oznacza, e w jego opracowaniu powinni uczestniczy wszyscy odrabiaj cy dane wiczenie.
Tak e przed rozpocz ciem zaj prowadz cy mo e sprawdzi przygotowanie wybranych osób do realizacji
bie cego wiczenia. Nieprzygotowani studenci mog zosta usuni ci z zaj . Ostateczna ocena zaliczenia
wynika z sumy punktów uzyskanych ze sprawozda oraz punktów zdobytych podczas odpowiedzi ustnych, a
warunkiem zaliczenia jest uzyskanie co najmniej 50% ł cznej sumy punktów ze sprawozda i odpowiedzi
ustnych, tj. przy odrobieniu 8 wicze jest to 40 punktów. W przypadku nieuzyskania wymienionych 50%, w
ramach zaliczenia poprawkowego mo na poprawia ocen negatywn wynikaj c jedynie z punktów ujemnych
zwi zanych z odpowiedziami ustnymi przed i po wiczeniach. Przeliczenie procentów zdobytych punktów na
ko cowe oceny pozytywne jest nast puj ce: 50 – 60% ocena dostateczna, 60- 70% ocena dostateczna plus, 70 –
80 % ocena dobra, 80 – 90% ocena dobra plus, 90 –100% ocena bardzo dobra.
W laboratorium nale y zachowa szczególn ostro no przy korzystaniu z sieci elektrycznej i z zasilaczy
napi ciowych. Aczkolwiek typowe napi cia pomiarowe u ywane w wiczeniach s bezpieczne, to jednak
obecno w sieci laboratoryjnej napi cia 230 V zmusza do okre lonych zachowa . Na przykład, nie wolno
wł cza do sieci 230 V urz dze nie przeznaczonych do pracy przy tej warto ci napi cia, bo mo e to by
niebezpieczne dla wykonuj cych wiczenie, a tak e mo e to prowadzi do uszkodzenia lub zniszczenia sprz tu
laboratoryjnego. Nale y tak e pami ta o doborze wła ciwych zakresów przyrz dów pomiarowych,
zapewniaj cym uzyskanie najlepszej mo liwej dokładno ci pomiaru, a jednocze nie uniemo liwiaj cym
uszkodzenie mierników. Nale y tak e zapisywa wszystkie cyfry wy wietlane na wy wietlaczach mierników. Po
zako czeniu pomiarów nale y wył czy wszystkie przyrz dy pomiarowe, w szczególno ci mierniki o zasilaniu
bateryjnym.
5
WICZENIE 1
CHARAKTERYSTYKI STATYCZNE DIOD PÓŁPRZEWODNIKOWYCH
1. CEL I PRZEDMIOT WICZENIA
Celem
wiczenia jest zapoznanie si z charakterystykami statycznymi i(u) wybranych diod
półprzewodnikowych. Na podstawie pomierzonych metod „punkt po punkcie” zale no ci i(u) wyznaczane s
warto ci wybranych parametrów modelu statycznego diody.
Przedmiotem wiczenia s krzemowe diody ze zł czem pn: krzemowa dioda prostownicza, krzemowa dioda
stabilizacyjna, dioda elektroluminescencyjna z arsenofosforku galu oraz dioda Schottky'ego ze zł czem m-p
(metal-półprzewodnik).
3. ZADANIA
3.1. ZADANIA DO WYKONANIA W LABORATORIUM
Na rys.1.2 pokazano schematy ideowe układów do pomiaru charakterystyk statycznych diod spolaryzowanych
przewodz co (rys.1.2a) oraz zaporowo (rys.1.2b). Schematy te zawieraj istotne składniki układu pomiarowego:
mierniki pr du i napi cia oraz napi ciowe ródło regulowane. W celu wyznaczenia warto ci potencjału
termicznego U
T
, przed przyst pieniem do pomiarów nale y zanotowa temperatur otoczenia panuj c w
laboratorium.
a)
+
-
A
V
E
b)
-
+
A
V
E
Rys.1.2. Schematy układów do pomiaru charakterystyk statycznych diod półprzewodnikowych spolaryzowanych
przewodz co (a) oraz zaporowo (b).
3.1.1. W układzie pokazanym na rys.1.2a (przeł cznik na płycie czołowej zestawu pomiarowego w pozycji
PRZE) zmierzy charakterystyki statyczne wybranych typów diod półprzewodnikowych spolaryzowanych
przewodz co: diody prostowniczej, diody stabilizacyjnej oraz diody Schottky’ego. Pomiary przeprowadzi w
szerokim zakresie zmian pr du przewodzenia – od 1
µA do 100 mA. Przy doborze rozkładu punktów
pomiarowych kierowa si przede wszystkim wymogami wynikaj cymi z wykonania w domu zadania 3.2.2.
Dodatkowo, dla diody elektroluminescencyjnej zmierzy jedynie spadek napi cia przy pr dzie przewodzenia
równym 30 mA. Zanotowa tak e warto ci spadków napi na pozostałych diodach zmierzone przy tej warto ci
pr du.
6
3.1.2. W układzie pokazanym na rys.1.2b (przeł cznik na płycie czołowej zestawu pomiarowego w pozycji
ZAP) zmierzy charakterystyki statyczne diod spolaryzowanych zaporowo. Pomiar ograniczy do odczytu
dwóch warto ci pr du wstecznego przy dwóch wybranych warto ciach napi cia wstecznego, np. -1 V oraz
–10 V. W zale no ci od zakresów posiadanych mierników pr du i egzemplarzy diod pomiar z tego punktu mo e
ograniczy si jedynie do oszacowania przedziału warto ci pr dów wstecznych.
e(t)
R
0
a)
C
u
wy
e(t)
R
0
b)
C
u
wy
Rys.1.3. Schematy układów prostowników badanych w wiczeniu.
3.1.3. Zaobserwowa na oscyloskopie i naszkicowa przebiegi napi cia na wyj ciu prostownika
jednopołówkowego (przeł cznik na płycie czołowej zestawu pomiarowego w pozycji J) i dwupołówkowego
(przeł cznik na płycie czołowej zestawu pomiarowego w pozycji D), zarówno z wł czon jak i odł czon
pojemno ci filtruj c C. Schemat badanego układu prostownika jedno- i dwupołówkowego pokazano
odpowiednio na rys.1.3a oraz rys.1.3b. Napi cie e(t) jest przebiegiem harmonicznym o cz stotliwo ci sieci.
3.2. ZADANIA DO WYKONANIA W DOMU
3.2.1. Wykre li na wspólnym wykresie w skali liniowo-liniowej pomierzone charakterystyki statyczne i(u) diod
spolaryzowanych przewodz co.
3.2.2. Wykre li w skali liniowo-logarytmicznej (o pr du – logarytmiczna, o napi cia – liniowa) na osobnych
wykresach charakterystyki statyczne diody stabilizacyjnej i diody prostowniczej. Na podstawie tych wykresów
wyznaczy warto ci parametrów modelu statycznego diod: współczynnika nieidealno ci n (w zakresie rednich
pr dów) oraz pr du I
S
. W zakresie du ych pr dów, przy wyra nym odchyleniu od liniowo ci powy szych
charakterystyk, wyznaczy warto rezystancji szeregowej tych diod.
3.2.3. Wyja ni dlaczego przy pr dzie w kierunku przewodzenia równym 30 mA spadki napi cia na badanych
diodach s ró ne.
3.2.4. Skomentowa przebiegi zaobserwowane w punkcie 3.1.3 na wyj ciu badanych prostowników.
7
WICZENIE 2
DIODY STABILIZACYJNE
1. CEL I PRZEDMIOT WICZENIA
Celem wiczenia jest zapoznanie si z charakterystykami statycznymi i parametrami diod stabilizacyjnych
(Zenera) oraz zbadanie własno ci prostego układu stabilizatora napi cia zbudowanego z wykorzystaniem diody
stabilizacyjnej. Przedmiotem wiczenia s krzemowe diody stabilizacyjne o ró nych warto ciach napi cia
stabilizacji.
3. ZADANIA
3.1. ZADANIA DO WYKONANIA W LABORATORIUM
Pomiary charakterystyk statycznych diod stabilizacyjnych mo na przeprowadzi w układzie, którego schemat
ideowy pokazano na rys.2.2. Wówczas rezystor R
1
pełni rol rezystora zabezpieczaj cego diod przed
uszkodzeniem. Przy pomiarze tych charakterystyk nale y odł czy rezystor R
0
(dekada rezystancyjna).
u
u
WE
u
WY
R
0
i
R
1
V
V
A
Rys.2.2. Prosty układ stabilizatora napi cia badany w wiczeniu.
3.1.1. W układzie z rys.2.2 zmierzy charakterystyki statyczne i(u) dwóch diod stabilizacyjnych
spolaryzowanych zaporowo ze szczególnym uwzgl dnieniem zakresu przebicia.
3.1.2. Zmierzy charakterystyki statyczne u
WY
(u
WE
) stabilizatorów napi cia z rys.2.2 ze zmierzonymi uprzednio
dwiema diodami stabilizacyjnymi. Przyj warto ci R
1
= 300
Ω, R
O
= 1 k
Ω oraz zakres zmian u
WE
= 0 - 16 V.
Nast pnie nale y zmierzy dla obu stabilizatorów charakterystyki u
WY
(R
O
) dla warto ci R
1
= 300
Ω, U
WE
= 16 V,
przyj zakres zmian rezystancji obci enia R
O
od zwarcia (R
0
= 0) do rozwarcia.
3.2. ZADANIA DO WYKONANIA W DOMU
3.2.1. Wykre li na wspólnym wykresie zmierzone w punkcie 3.1.1 charakterystyki statyczne i(u) diod
stabilizacyjnych. Wyznaczy graficznie warto ci parametrów U
ZO
oraz r
Z
modelu statycznego tych diod, danego
wzorem (2.1).
3.2.2. Wykre li zmierzone charakterystyki statyczne stabilizatorów u
WY
(u
WE
), a nast pnie znaj c wyznaczone w
poprzednim punkcie warto ci parametrów modelu statycznego u ytych diod, obliczy na podstawie wzoru (2.4)
te charakterystyki i wyniki oblicze nanie na wykresy zawieraj ce wyniki pomiarów. Krótko skomentowa
istotne ró nice mi dzy wynikami pomiarów i oblicze .
8
3.2.3. Powtórzy zadanie z punktu 3.2.2 dla zmierzonych i obliczonych charakterystyk u
WY
(R
0
) stabilizatorów.
3.2.4. Dla badanych stabilizatorów obliczy ze wzoru (2.6) warto ci współczynnika stabilizacji S
u
, a nast pnie
porówna wyznaczone warto ci tego współczynnika z warto ciami wyznaczonymi z pomiarów, korzystaj c z
wykresów u
WY
(u
WE
).
3.2.5. Wyznaczy warto ci rezystancji wyj ciowych R
WY
badanych układów stabilizatorów. W tym celu nale y
na podstawie charakterystyk u
WY
(R
O
) wyznaczy dla przyj tego przedziału zmian napi cia wyj ciowego
∆u
WY
zmiany pr du wyj ciowego
∆i
WY
.
9
WICZENIE 3
CHARAKTERYSTYKI STATYCZNE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO
1. CEL I PRZEDMIOT WICZENIA
Celem wiczenia jest zapoznanie si z charakterystykami statycznymi tranzystora bipolarnego w konfiguracji
wspólnego emitera (WE) oraz ze sposobem wyznaczania jego parametrów małosygnałowych dla niskich
cz stotliwo ci na podstawie charakterystyk statycznych. Przedmiotem wiczenia jest krzemowy tranzystor
bipolarny npn małej mocy, dla którego z pomierzonych charakterystyk statycznych wyznaczane s warto ci
wybranych parametrów statycznych oraz elementów macierzy [h]
e
w konfiguracji wspólnego emitera.
3. ZADANIA
3.1. ZADANIA DO WYKONANIA W LABORATORIUM
Pomiary charakterystyk statycznych tranzystora bipolarnego nale y wykona w układzie, którego schemat
ideowy jest przedstawiony na rys.3.2. Na schemacie tym pokazano jedynie mierniki i napi ciowe ródła
regulowane zasilaj ce element, pomijaj c m.in. układy zabezpieczaj ce tranzystor przed uszkodzeniem. Nale y
pami ta o doborze zakresów stosowanych mierników do przedziałów oczekiwanych warto ci pr dów i napi .
Nale y zanotowa temperatur otoczenia panuj c w laboratorium w trakcie wykonywania pomiarów.
T
1
E
B
E
C
V
mA
V
µµµµA
Rys.3.2. Schemat ideowy układu do pomiaru charakterystyk statycznych tranzystora bipolarnego
3.1.1. Zmierzy charakterystyki wyj ciowe i
C
(u
CE
) tranzystora dla pr dów bazy I
B
= 100, 200, 300
µA. Przyj
zakres zmian napi cia u
CE
od 0 do 12 V. Mo na wybra trzy inne warto ci pr du bazy, stosownie do
egzemplarza badanego tranzystora, pami taj c jednak o ograniczeniach dozwolonego obszaru pracy,
wynikaj cego z warto ci parametrów dopuszczalnych elementu.
3.1.2. Zmierzy charakterystyki wej ciowe i
B
(u
BE
), przej ciowe pr dowe i
C
(i
B
) oraz przej ciowe pr dowo -
napi ciowe i
C
(u
BE
) dla U
CE
= 3 oraz 10 V. Nale y zmieni (zmniejszy ) warto napi cia 10 V, je eli oka e si
to konieczne z powodu przekroczenia warto ci parametrów dopuszczalnych przy tym napi ciu. Uwaga -
10
pomiary nale y rozpocz od warto ci pr du bazy równej 1
µA (lub mniejszej), maj c na wzgl dzie zadanie
3.2.3 polegaj ce na okre leniu zale no ci współczynnika
β od pr du kolektora, w szerokim zakresie jego zmian.
3.1.3. Zmierzy charakterystyki wyj ciowe i
E
(u
EC
) dla I
B
= 100, 300
µA tranzystora w poł czeniu inwersyjnym.
W celu wykonania tego pomiaru nale y w układzie pomiarowym zamieni miejscami kolektor z emiterem, co
uzyskuje si poprzez odwrócenie ł czówki z tranzystorem. Nale y zwróci uwag na warto dopuszczalnego
napi cia kolektor – emiter w poł czeniu inwersyjnym, która typowo wynosi 5 V.
3.2. ZADANIA DO WYKONANIA W DOMU
3.2.1. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów dla poł czenia normalnego wykre li na kolejnych pi ciu
wykresach:
- charakterystyki wyj ciowe i
C
(u
CE
),
- charakterystyki wej ciowe i
B
(u
BE
),
- przej ciowe charakterystyki pr dowe i
C
(i
B
),
- przej ciowe charakterystyki pr dowo - napi ciowe i
C
(u
BE
),
oraz dla poł czenia inwersyjnego charakterystyki wyj ciowe i
E
(u
EC
).
3.2.2. Na podstawie wykresu charakterystyk wyj ciowych wyznaczy warto napi cia Early'ego U
E
w zakresie
aktywnym, przy polaryzacji normalnej i inwersyjnej.
3.2.3. Na podstawie pomiarów z punktu 3.1.2 wyznaczy , dla jednej wybranej warto ci napi cia u
CE
, zale no
współczynnika
β (zdefiniowanego wzorem (3.7)) od pr du kolektora. Wykre li zale no β(i
C
) w skali
logarytmiczno - liniowej (o pr du i
C
logarytmiczna).
3.2.5. Na podstawie zmierzonych charakterystyk statycznych wyznaczy warto ci elementów macierzy [h]
e
oraz
transkonduktancji g
m
badanego tranzystora w jednym, dowolnie wybranym punkcie pracy, le cym w zakresie
aktywnym normalnym.
3.2.5. Na podstawie zmierzonych wyj ciowych charakterystyk statycznych w poł czeniu inwersyjnym
wyznaczy metod przyrostów warto współczynnika
β
I
przy napi ciu U
EC
= 3 V.
11
WICZENIE 4
POLOWY TRANZYSTOR ZŁ CZOWY JFET
1. CEL I PRZEDMIOT WICZENIA
Celem wiczenia jest zapoznanie si z charakterystykami statycznymi polowego tranzystora zł czowego JFET
oraz z jego parametrami małosygnałowymi dla niskich cz stotliwo ci. Przedmiotem wiczenia jest polowy
tranzystor zł czowy JFET małej mocy z kanałem typu n, dla którego na podstawie zmierzonych charakterystyk
statycznych wyznaczane s wybrane parametry modelu statycznego oraz parametry małosygnałowe.
3. ZADANIA
3.1. ZADANIA DO WYKONANIA W LABORATORIUM
Pomiary charakterystyk statycznych tranzystora JFET nale y wykona w układzie, którego schemat ideowy
przedstawiono na rys.4.1. Na rysunku zaznaczono jedynie istotne składniki układu: mierniki pr dów i napi
oraz regulowane ródła napi ciowe zasilaj ce badany element.
3.1.1. Zmierzy warto napi cia odci cia U
p
badanego egzemplarza tranzystora, zakładaj c, e odpowiada ona
warto ci napi cia u
GS
, przy której pr d drenu wynosi 10
µA. Pomiar wykona przy U
DS
= 5 V. Dla tranzystora z
kanałem typu n, napi cie U
p
< 0.
3.1.2. Zmierzy statyczne charakterystyki wyj ciowe i
D
(u
DS
) tranzystora dla trzech wybranych, ujemnych
warto ci napi cia u
GS
z zakresu przewodzenia (dla u
GS
z przedziału od U
p
do 0) oraz dla napi cia U
GS
= +0,5 V.
Dobór ujemnych warto ci u
GS
jest uzale niony od zmierzonej w punkcie 3.1.1 warto ci napi cia odci cia. Przy
pomiarze charakterystyk wyj ciowych pierwszy pomiar pr du drenu nale y wykona przy mo liwie małej
warto ci napi cia u
DS
, a ostatni przy napi ciu u
DS
równym 12 V. Nale y zanotowa tak e warto ci pr du bramki
i
G
odpowiadaj ce powy szym czterem napi ciom U
GS
oraz dodatkowo zmierzy warto pr du bramki przy U
GS
= +0,6 V. Pomiary pr du bramki nale y wykona przy U
DS
= 0.
3.1.3. Zmierzy statyczne charakterystyki przej ciowe i
D
(u
GS
) dla dwóch warto ci napi cia U
DS
odpowiadaj cych zakresowi nasycenia. Zanotowa warto ci pr du drenu przy U
GS
= 0.
T
E
G
E
D
V
mA
V
µµµµA
Rys.4.1. Schemat ideowy układu do pomiaru charakterystyk statycznych tranzystora JFET.
12
3.2. ZADANIA DO WYKONANIA W DOMU
3.2.1. Wykre li na wspólnym wykresie zmierzone charakterystyki wyj ciowe i
D
(u
DS
) tranzystora, zaznaczaj c
na wykresie granic mi dzy zakresem nasycenia i nienasycenia. Na podstawie otrzymanych charakterystyk
wyznaczy warto napi cia U
E
.
3.2.2. Wykre li na wspólnym wykresie zmierzone charakterystyki przej ciowe i
D
(u
GS
) tranzystora.
3.2.3. W dwóch wybranych punktach pracy: jednym le cym w zakresie nasycenia, za w drugim w zakresie
nienasycenia, wyznaczy na podstawie definicji (4.6), (4.7) warto ci parametrów małosygnałowych tranzystora
– transkonduktancji g
m
oraz konduktancji wyj ciowej g
ds
.
3.2.4. Na podstawie podanych zale no ci (4.1) oraz (4.2) opisuj cych charakterystyki statyczne wyprowadzi
wzory na transkonduktancj oraz konduktancj wyj ciow dla obu zakresów pracy tranzystora, a nast pnie
obliczy warto ci tych parametrów w punktach pracy z zadania 3.2.3. W obliczeniach wykorzysta uprzednio
zmierzone warto ci napi cia odci cia U
p
, pr du I
DSS
oraz wyznaczon w punkcie 3.2.1 warto U
E
.
Skomentowa krótko zaobserwowane ewentualne ró nice mi dzy zmierzonymi i obliczonymi warto ciami
parametrów małosygnałowych.
3.2.5. Na podstawie pomiarów pr du bramki przy dwóch dodatnich napi ciach u
GS
wyznaczy warto
przyrostowej rezystancji wej ciowej tranzystora. Porówna t warto z warto ciami rezystancji wej ciowej
oszacowanymi dla ujemnych napi u
GS
. Skomentowa krótko posta charakterystyki wyj ciowej i
D
(u
DS
),
otrzymanej dla dodatniego napi cia u
GS
.
3.2.6. Korzystaj c z pomiarów charakterystyk wyj ciowych i
D
(u
DS
) uzyskanych dla małych warto ci napi cia
u
DS
, wyznaczy warto ci rezystancji r
ds
dla ró nych napi u
GS
. Porówna te warto ci z warto ciami obliczonymi
ze wzoru (4.5).
13
WICZENIE 5
WŁASNO CI WIELKOSYGNAŁOWE WYBRANYCH ELEMENTÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH
1. CEL I PRZEDMIOT WICZENIA
Celem wiczenia jest zapoznanie si z wielkosygnałowymi własno ciami wybranych elementów
półprzewodnikowych: diody ze zł czem pn oraz tranzystora bipolarnego i tranzystora polowego, a tak e pomiar
warto ci wybranych parametrów impulsowych tych elementów. Przedmiotem wiczenia s dwie diody pn:
prostownicza i impulsowa (przeł czaj ca) oraz tranzystory pracuj ce w układzie ł cznika: krzemowy tranzystor
bipolarny npn małej mocy i polowy tranzystor zł czowy JFET z kanałem typu n.
3. ZADANIA
3.1. ZADANIA DO WYKONANIA W LABORATORIUM
a)
R = 50
Ω
e(t)
D
OX
OY
i(t)
t
f
E
r
E
( )
t
e
( )
t
i
t
b)
c)
R
E
I
r
r
====
r
I
1
,
0
r
I
9
,
0
f
t
rr
t
s
t
f
I
Q
Rys.5.1. Schemat układu do badania własno ci impulsowych diody (a), przebieg napi cia e(t) (b) oraz
odpowied pr dowa i(t) (c).
3.1.1. Zmierzy czasowe przebiegi pr du diody przy przeł czaniu. Jak wida z rys.5.1a, do obserwacji
przebiegów elektrycznych nale y u y oscyloskopu dwukanałowego, obserwuj c przebieg na wyj ciu ródła na
jednym kanale, na drugim za spadek napi cia na rezystorze R o znanej warto ci rezystancji, co pozwoli na
proste odtworzenie przebiegu pr du i(t). Przy pomiarze diody prostowniczej nale y tak dobra cz stotliwo
ródła napi cia, aby ujawniła si inercja elektryczna diody (dla badanej diody prostowniczej wynosi ona około
14
100 kHz), a nast pnie ustawi warto ci napi E
f
oraz E
r
równe (co do modułu) 5 V poprzez odpowiednie
ustawienie amplitudy i składowej stałej z generatora impulsów prostok tnych. Na ekranie oscyloskopu
zaobserwowa i nast pnie naszkicowa przy zachowaniu synchronizacji przebiegi napi cia na zaciskach ródła
e(t) oraz pr du diody i(t). Odczyta z ekranu oscyloskopu i zanotowa warto ci czasów trwania poszczególnych
faz przeł czania diody.
3.1.2. Powtórzy pomiary czasów przeł czania diody dla jednej wybranej warto ci napi cia E
f
, np. 5 V, przy
trzech warto ciach napi cia E
r
. Nast pnie powtórzy pomiary dla jednej wybranej warto ci napi cia E
r
, np. 5 V,
przy trzech wybranych warto ciach napi cia E
f
. Przebiegów zaobserwowanych na ekranie oscyloskopu przy
pomiarach z tego punktu nie trzeba zamieszcza w protokole.
3.1.3. Powtórzy pomiar z punktu 3.1.1 dla diody impulsowej przy tej samej cz stotliwo ci pomiarowej.
3.1.4. Dla tranzystora bipolarnego na podstawie pomiaru stałego pr du kolektora oraz stałego pr du bazy,
wykonanego w zakresie aktywnym normalnym, wyznaczy warto współczynnika
β badanego elementu. W
celu wyznaczenia wymienionych pr dów wystarczy zmierzy spadki napi cia stałego na rezystorach R oraz R
B
.
3.1.5. Zmierzy statyczn charakterystyk u
WY
(u
WE
) układu ł cznika na tranzystorze bipolarnym, pokazanego na
rys.5.2a przy napi ciu zasilania E = 5 V.
3.1.6. W układzie z rys.5.2a nale y odł czy woltomierze napi cia stałego oraz ródło wej ciowego napi cia
stałego i jako ródło napi cia wej ciowego u y generatora fali prostok tnej. Dobra tak cz stotliwo przebiegu
wej ciowego (dla badanego tranzystora wynosi ona około 40 kHz), aby ujawniła si inercja elektryczna
tranzystora oraz dobra tak amplitud tego przebiegu E
f
, aby nast powało przeł czanie elementu mi dzy
zakresami odci cia i nasycenia. Nast pnie naszkicowa zaobserwowane przebiegi u
WE
(t) oraz u
CE
(t), zachowuj c
synchronizacj przebiegu napi cia wyj ciowego wzgl dem napi cia wej ciowego. Pomiary nale y wykona przy
jednej wybranej warto ci napi cia E
f
dla dwóch wybranych warto ci napi cia E
r
. Do obserwacji przebiegów
napi i pomiarów poszczególnych faz czasu przeł czania tranzystora nale y u y oscyloskopu dwukanałowego.
Odczyta z ekranu oscyloskopu i zanotowa warto ci czasów trwania poszczególnych faz przeł czania
tranzystora.
a)
R
R
B
E
u
WE
u
WY
V
V
u
WY
b)
R
R
B
E
u
WE
u
WY
V
V
u
WY
Rys.5.2. Schemat ł cznika na tranzystorze bipolarnym (a) oraz na tranzystorze polowym (b).
15
3.1.7. Powtórzy wymienione w punktach 3.1.5 oraz 3.1.6 czynno ci dla układu ł cznika na tranzystorze
polowym. Najpierw nale y zmierzy statyczn charakterystyk u
WY
(u
WE
) układu ł cznika na tranzystorze
polowym, pokazanego na rys.5.1b. Uwaga – jak wynika z zasady działania, badany tranzystor polowy JFET z
kanałem typu n pracuje poprawnie przy ujemnych napi ciach mi dzy bramk i ródłem (E
f
= 0). Nast pnie przy
pomiarze własno ci impulsowych tak dobra warto napi cia E
r
przebiegu prostok tnego, aby nast powało
przeł czanie tranzystora mi dzy zakresami przewodzenia i nieprzewodzenia oraz tak dobra cz stotliwo
(wynosi ona dla badanego tranzystora około 50 kHz), aby ujawniła si inercja elektryczna elementu.
Naszkicowa przy zachowaniu synchronizacji zaobserwowane na ekranie oscyloskopu przebiegi napi cia
wej ciowego oraz wyj ciowego.
3.2. ZADANIA DO WYKONANIA W DOMU
3.2.1. Na podstawie pomiarów z punktu 3.1.2 sporz dzi stosown tabelk i skomentowa wpływ napi E
f
oraz
E
r
na czas przeł czania diody.
3.2.2. Na wspólnym wykresie przedstawi zmierzon w punkcie 3.1.5 oraz obliczon na podstawie wzoru (5.2)
charakterystyk statyczn u
WY
(u
WE
) ł cznika na tranzystorze bipolarnym. Do oblicze u y wyznaczon w
punkcie 3.1.4 warto parametru
β tranzystora oraz warto ci rezystancji rezystorów R, R
B
i napi cia zasilania E
u yte w badanym układzie. Krótko przedyskutowa zauwa one ró nice mi dzy charakterystyk zmierzon i
obliczon .
3.2.3. Na podstawie pomierzonych przebiegów u
CE
(t) uzyskanych w punkcie 3.1.6 odtworzy i naszkicowa
przebieg i
C
(t) dla jednej, wybranej warto ci napi cia E
r
na wspólnym wykresie, ł cznie z poprzednio
naszkicowanymi przebiegami. Skomentowa krótko zaobserwowany wpływ napi cia E
r
na czas wł czania i
wył czania tranzystora.
3.2.4. Na wykresie przedstawi zmierzon w punkcie 3.1.7 charakterystyk statyczn ł cznika z tranzystorem
polowym. Zaznaczy granic mi dzy zakresami pracy tranzystora. Na podstawie otrzymanego z pomiarów
impulsowych przebiegu napi cia u
DS
(t) oszacowa warto ci czasu wł czania i wył czania tranzystora,
przyjmuj c analogiczne definicje tych czasów jak dla tranzystora bipolarnego.
16
WICZENIE 6
WŁA CIWO CI MAŁOSYGNAŁOWE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO
1. CEL I PRZEDMIOT WICZENIA
Celem wiczenia jest zapoznanie si z wybranymi parametrami małosygnałowymi i cz stotliwo ciami
charakterystycznymi (granicznymi) tranzystora bipolarnego oraz z jego zastosowaniem w układzie
wzmacniacza. Przedmiotem wiczenia jest krzemowy tranzystor bipolarny npn redniej mocy, dla którego
wyznacza si warto ci wybranych parametrów dla składowej sygnałowej oraz prosty układ wzmacniacza
napi ciowego z obci eniem rezystancyjnym, dla którego mierzy si warto wzmocnienia napi ciowego.
2.3. UKŁAD WZMACNIACZA
Na rys.6.3a podano schemat ideowy układu prostego wzmacniacza napi ciowego obci onego rezystorem o
rezystancji R2, za na rys.6.3b małosygnałowy schemat zast pczy tego układu dla niskich cz stotliwo ci, tzn.
takich cz stotliwo ci, dla których mo na pomin inercj elektryczn tranzystora. Warto pojemno ci C jest tak
dobrana, e stanowi ona zwarcie dla sygnału wej ciowego. Wzmocnienie napi ciowe K
u
rozpatrywanego układu
wyra a si wzorem
(
) (
)
ce
b
be
be
m
we
wy
u
g
G
r
r
r
g
U
U
K
+
⋅
+
⋅
−
=
=
2
(6.12)
gdzie G2 = 1/R2.
Jak wida ze wzoru (6.12), przeprowadzane w wiczeniu pomiary umo liwiaj okre lenie wyst puj cych w
tym wzorze warto ci parametrów układu zast pczego tranzystora.
a)
e(t)
R
B
C
R
1
R
2
E
u
wy
u
we
b)
U
we
r
b
r
be
R
2
g
m
.
U
U
R
1
g
ce
R
B
U
wy
Rys.6.3. Układ wzmacniacza badany w wiczeniu (a) oraz jego małosygnałowy układ zast pczy (b).
2.4. OPIS UKŁADÓW POMIAROWYCH
Do realizacji pomiarów modułu parametrów h
21e
oraz h
11e
nale y wykorzysta układ pokazany na rys.6.4. W
układzie tym po dany punkt pracy, tj. warto ci stałych pr dów I
B
, I
C
oraz napi cia U
CE
, jest zapewniony przez
wydajno ródła E oraz rezystory R1 i R2. Nale y przyj warto napi cia E = 5,5 V, natomiast wbudowany w
układzie rezystor R2 zapewnia pr d I
C
= 50 mA. Poniewa R1 = 10
Ω, wi c U
CE
= 5 V. Dobór małej warto ci
rezystancji rezystora R1 zapewnia, z dobrym przybli eniem, spełnienie warunku zwarcia zacisków emiter –
kolektor dla składowej sygnałowej, zgodnie z definicj współczynnika h
21e
– wzór (6.1).
17
U
g
R
3
C1
R
2
R
1
E
OY
A
OX
U
be
U
ce
e(t)
Rys.6.4. Układ do pomiaru parametru h
21e
oraz rezystancji wej ciowej h
11e
(po przeł czeniu kanału OY do
zacisku bazy).
Ostatecznie, po pomiarze warto ci amplitud U
ce
oraz U
g
, warto modułu współczynnika h
21e
mo na obliczy
według nast puj cego wzoru
1
3
21
R
R
U
U
h
g
ce
e
⋅
=
(6.15)
Pomiar parametru h
11e
mo e by wykonany tak e w układzie z rys.6.4. W celu zapewnienia braku wpływu
inercji elektrycznej tranzystora na wynik pomiaru nale y wykona go przy niskiej cz stotliwo ci. Dla
wyznaczenia amplitudy napi cia U
be
nale y zmierzy j u ywaj c oscyloskopu. Je eli jednocze nie dokonuje si
pomiaru napi cia U
g
, to parametr h
11e
mo na wyznaczy ze wzoru
3
11
R
U
U
U
h
be
g
be
e
⋅
−
=
(6.16)
Układ pomiarowy do wyznaczania pojemno ci C
bc
pokazano na rys.6.5. W układzie tym brak ródła
zapewniaj cego przepływ stałego pr du bazy oraz zwarcie zacisków zł cza emiterowego rezystorem R2 o małej
warto ci rezystancji powoduj , e tranzystor pracuje w zakresie odci cia (przytkania). Z kolei rezystor R1 o
du ej warto ci rezystancji zapewnia rozwarcie zacisków wyj ciowych dla składowej sygnałowej a jednocze nie
umo liwia odpowiedni polaryzacj zł cza kolektorowego. Jak wynika z rys.6.3 oraz wzoru (6.10), pomiar
amplitud napi cia w punktach a i b pozwala wyznaczy warto pojemno ci C
bc
.
e(t)
C2
R
2
R
1
E
OX
OY
C1
a
b
Rys.6.5. Układ do pomiaru pojemno ci C
bc
.
18
e(t)
R
3
C1
R
2
R
1
E
OY
A
OX
a
c
e
Rys.6.6. Układ do pomiaru konduktancji wyj ciowej h
22e
.
Na rys.6.6 pokazano układ do pomiaru konduktancji wyj ciowej g
ce
tranzystora bipolarnego. Rezystor R2
słu y do ustawienia warto ci stałego pr du bazy zapewniaj cego warto stałego pr du kolektora równ
I
C
= 50 mA. Je eli wydajno ródła napi cia stałego wynosi E = 10 V, to przez dobór warto ci rezystancji
rezystorów R1 = R3 = 50
Ω zapewnia si warto stałego napi cia U
CE
= 5 V. Składowa sygnałowa napi cia jest
doprowadzona do kolektora przez pojemno C1 oraz rezystor R1. Rezystor R3 zabezpiecza ródło sygnału e(t)
przed zwarciem przez ródło napi cia stałego E. Pomiar napi cia zmiennego w punkcie a oraz na kolektorze
tranzystora pozwalaj na okre lenie składowej sygnałowej pr du kolektora, a wi c ostatecznie konduktancj g
ce
mo na wyznaczy ze wzoru
ce
ce
ae
ce
U
R
U
U
g
⋅
−
=
1
(6.17)
3. ZADANIA DO WYKONANIA W LABORATORIUM
3.1.1. W układzie z rys.6.4 wyznaczy zale no modułu współczynnika h
21e
od cz stotliwo ci z zakresu od
100 Hz do 5 MHz. Jako niskocz stotliwo ciow warto współczynnika h
21e
przyj warto zmierzon przy
f = 1 kHz. Wyznaczy warto cz stotliwo ci f
β
, przy której warto modułu współczynnika h
21e
zmaleje
2
-krotnie w porównaniu z warto ci dla f = 1 kHz.
3.1.2. W układzie z rys.6.4 zmierzy warto parametru h
11e
przy cz stotliwo ci f = 1 kHz.
3.1.3. W celu okre lenia wzmocnienia napi ciowego nale y zmierzy za pomoc oscyloskopu warto napi cia
wej ciowego oraz wyj ciowego układu wzmacniacza pokazanego na rys. 3a w punkcie pracy U
CE
= 5 V,
I
C
= 50 mA, przy cz stotliwo ci sygnału harmonicznego f = 1 kHz oraz rezystancji obci enia równej
R2 = 100
Ω. Nast pnie zwi kszaj c amplitud napi cia wej ciowego nale y zanotowa jego warto , przy której
staj si widoczne zniekształcenia sygnału wyj ciowego.
3.1.4. W układzie z rys.6.6 zmierzy warto konduktancji wyj ciowej g
ce
tranzystora przy cz stotliwo ci
f = 1 kHz.
3.1.5. W układzie z rys.6.5 zmierzy warto pojemno ci zł cza kolektorowego C
bc
przy cz stotliwo ci
f = 50 kHz.
3.2. ZADANIA DO WYKONANIA W DOMU
19
3.2.1. Na podstawie pomiarów wykonanych w punkcie 3.1.1 wykre li w skali logarytmiczno – liniowej
zale no modułu współczynnika h
21e
od cz stotliwo ci. Na wykresie zaznaczy cz stotliwo f
β
. Nast pnie
nale y wybra cz stotliwo w zakresie opadania charakterystyki
(f)
h
21e
i na jej podstawie z wzoru (6.5)
wyznaczy cz stotliwo f
T
. Na podstawie wzoru (6.6) obliczy warto czasu przelotu no ników
mniejszo ciowych przez baz tranzystora.
3.2.2. Obliczy ze wzoru (6.7) warto rezystancji wej ciowej r
be
. Znaj c uzyskan z pomiaru warto parametru
h
11e
, obliczy warto rezystancji rozproszonej bazy r
b
.
3.2.3. Na podstawie pomiarów z punktu 3.1.4 obliczy warto konduktancji wyj ciowej g
ce
tranzystora.
3.2.4. Na podstawie pomiarów z punktu 3.1.5 obliczy warto pojemno ci C
bc
. Nast pnie znaj c warto tej
pojemno ci, obliczy ze wzoru (6.11) warto pojemno ci emitera C
e
.
3.2.5. Na podstawie pomiarów z punktu 3.1.3 obliczy warto wzmocnienia napi ciowego badanego układu
wzmacniacza. Nast pnie nale y wyznaczy warto wzmocnienia napi ciowego K
u
korzystaj c ze wzoru (6.12),
znaj c wyznaczone uprzednio warto ci elementów układu zast pczego tranzystora w przyj tym punkcie pracy.
Warto transkonduktancji g
m
nale y obliczy ze wzoru (6.8).
20
WICZENIE 7
PÓŁPRZEWODNIKOWE ELEMENTY BEZZŁ CZOWE
1.CEL I PRZEDMIOT WICZENIA
Celem wiczenia jest zapoznanie si z charakterystykami statycznymi oraz parametrami wybranych
elementów bezzł czowych. Przedmiotem wiczenia s : termistory NTC oraz PTC, warystor i fotorezystor.
3. ZADANIA
3.1. ZADANIA DO WYKONANIA W LABORATORIUM
3.1.1. W układzie z rys.7.1 zmierzy charakterystyki statyczne u(i) termistorów NTC oraz PTC umieszczonych
w termostacie zawieraj cym grzałk G, zaznaczonym na rys.7.1 lini kreskow , w dwóch temperaturach
otoczenia: w temperaturze pokojowej oraz w temperaturze 340 K. Poniewa termiczna stała czasowa,
okre laj ca czas dochodzenia elementu do stanu termicznie ustalonego, jest rz du dwóch minut, nale y odczyt
warto ci pr dów i napi dokona po odpowiednio długim czasie, gdy nie b d si one zmieniały w istotny
sposób. Jest to szczególnie wa ne dla wi kszych warto ci mocy elektrycznej, kiedy wpływ samonagrzewania na
zale no u(i) termistora staje si istotny.
Uwaga:
Temperatura w termostacie ustala si po około 10 minutach od chwili jego zał czenia. Wł czenie
termostatu nast puje w pozycji 1 przeł cznika z rys.7.1.
a)
b)
A
V
E
U
grz
0
1
R
NTC
wł cznik termostatu
G
A
V
E
U
grz
0
1
R
PTC
wł cznik termostatu
G
Rys.7.1. Układ do pomiaru charakterystyk u(i) termistorów NTC (a) oraz PTC (b)
3.1.2. W układzie z rys.7.2 zmierzy charakterystyk statyczn i(u) warystora w temperaturze pokojowej.
21
A
V
E
R
warystor
Rys.7.2. Układ do pomiaru charakterystyk statycznych i(u) warystora.
3.1.3. W układzie z rys.7.3 zmierzy w temperaturze pokojowej charakterystyki statyczne i(u) fotorezystora
nieo wietlonego oraz o wietlonego. Fotorezystor jest o wietlony strumieniem emitowanym przez diod LED w
pozycji 1 przeł cznika z rys.7.3.
A
V
E
U
L
0
1
R
fotorezystor
wł cznik o wietlenia
fotorezystora
R
LED
Rys.7.3. Układ do pomiaru charakterystyk statycznych i(u) fotorezystora.
3.2. ZADANIA DO WYKONANIA W DOMU
3.2.1. Na wspólnym wykresie wykre li zmierzone dla dwóch temperatur otoczenia charakterystyki u(i)
termistora NTC.
3.2.2. Na podstawie pomiarów zale no ci u(i) w zakresie liniowym wyznaczy warto ci parametrów R
25
oraz B
badanego termistora NTC. Korzystaj c z wzoru (7.3) obliczy dla tego elementu warto współczynnika TWR w
temperaturze pokojowej. W wybranym punkcie pracy z zakresu nieliniowo ci charakterystyk u(i) wyznaczy dla
dwóch temperatur otoczenia warto ci rezystancji statycznej i rezystancji przyrostowej termistora.
3.2.4. Na wspólnym wykresie wykre li zmierzone dla dwóch temperatur otoczenia charakterystyki u(i)
termistora PTC. W wybranym punkcie pracy z zakresu nieliniowo ci charakterystyk u(i) wyznaczy dla dwóch
temperatur otoczenia warto ci rezystancji statycznej i rezystancji przyrostowej termistora.
3.2.5. Wykre li w skali logarytmiczno-logarytmicznej zmierzon charakterystyk i(u) warystora. Na jej
podstawie wyznaczy warto ci parametrów
α oraz K statycznego modelu warystora.
3.2.6. Na wspólnym wykresie wykre li zmierzone charakterystyki statyczne i(u) fotorezystora. Wyznaczy
warto ci rezystancji fotorezystora nieo wietlonego oraz o wietlonego.
22
WICZENIE 8
POJEMNO
DIODY ZE ZŁ CZEM PN
1. CEL I PRZEDMIOT WICZENIA
Celem wiczenia jest zapoznanie si z charakterystykami pojemno ciowo - napi ciowymi C(u) diod ze
zł czem pn, spolaryzowanych zaporowo, oraz wyznaczenie warto ci parametrów modelu C(u) wybranych diod.
Przedmiotem wiczenia s ró ne typy diod krzemowych: dioda impulsowa, dioda prostownicza, dioda
Schottky’ego oraz zł cze emiterowe tranzystora bipolarnego.
3. ZADANIA
3.1. ZADANIA DO WYKONANIA W LABORATORIUM
3.1.1. Zmierzy warto cz stotliwo ci wyj ciowej układu pomiarowego f
r
przy C1 = 0 oraz f
1
przy podł czeniu
pojemno ci o znanej warto ci C2. Nast pnie na podstawie wzorów (8.4) wyznaczy warto ci elementów L oraz
C
S
.
3.1.2. Po doł czeniu kolejno diod DB pomierzy zale no ci cz stotliwo ci wyj ciowej f(u) układu pomiarowego
od napi cia polaryzuj cego diody. Nast pnie na podstawie wzoru (8.5) wyznaczy charakterystyki C(u) w
zakresie zaporowym diod wskazanych przez prowadz cego zaj cia.
3.2. ZADANIA DO WYKONANIA W DOMU
3.2.1. Wyznaczy warto wykładnika pot gowego m dla zmierzonych diod ze wzoru
−
=
D
j
U
u
u
C
C
m
1
1
0
1
ln
)
(
ln
(8.6)
gdzie u
1
oraz C(u
1
) s współrz dnymi wybranego punktu na charakterystyce C(u) badanej diody. W obliczeniach
na podstawie wzoru (8.6) przyj warto napi cia dyfuzyjnego równ 0,7 V oraz uzyskan z pomiaru warto
pojemno ci C
j0
(odpowiadaj c u = 0). Przyj warto napi cia u
1
równ około -2 V. W obliczeniach nale y
uwzgl dni fakt, e napi cie na zł czu jest ujemne.
3.2.2. Na podstawie znanych z pomiaru i wyznaczonych warto ci parametrów modelu C(u) diod obliczy i
wykre li na wspólnym wykresie obliczone zale no ci C(u) i zale no ci uzyskane z pomiarów. Skomentowa
ewentualne rozbie no ci.
23
LITERATURA POMOCNICZA DO LABORATORIUM Z PRZEDMIOTU „ELEMENTY
PÓŁPRZEWODNIKOWE”
[1]
Stepowicz W.J., Zar bski J.: Laboratorium z elementów elektronicznych. Wydawnictwo WSM w Gdyni,
Gdynia 1989 (wydanie 1), 1994 (wydanie 2).
[2]
Stepowicz W.J.: Elementy półprzewodnikowe i układy scalone. Wydawnictwo Politechniki Gda skiej,
Gda sk, 1999.
[3]
Stepowicz W.J.: Elementy półprzewodnikowe. Wydawnictwo Akademii Morskiej, Gdynia, 2002.
[4]
Marciniak W.: Przyrz dy półprzewodnikowe i układy scalone. WNT, Warszawa, 1984.
[5]
Kołodziejski J., Spiralski L., Stolarski E.: Pomiary przyrz dów półprzewodnikowych. WKiŁ, Warszawa
1990.