Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/

regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego

Funduszu Społecznego.

1 z 4

Instrukcja do ćwiczenia 5

Dział – Pomiary wielkości elektrycznych.

Temat: Badanie diody – charakterystyka prądowo napięciowa.

Cel ćwiczenia: poznanie sposobu wyznaczenia charakterystyki diody.

I.

Wprowadzenie

Dioda jest elementem półprzewodnikowym i aby wyjaśnić jej działanie musiałbyś poznać
budowę złącza p-n, a tutaj kłania się fizyka ciała stałego. Żeby można było skorzystać z
właściwości diody nie jest to niezbędne.

Dioda podobnie jak elementy, RLC jest elementem dwukońcówkowym, biernym lub

jak kto woli - pasywnym, ale w odróżnieniu od nich jest elementem nieliniowym.
W przypadku diody nie ma zastosowania prawo Ohma, ale za to ma ona bardzo pożyteczną
cechę, a mianowicie prąd może przez nią płynąć tylko w jednym kierunku.

rys. 5.1 Symbol diody.

Symbol graficzny diody przedstawiony jest na rys. 5.1, jak widać jest on podobny do

strzałki, która w tym przypadku wyznacza kierunek przepływu prądu przez diodę.

Wyprowadzenie diody A jest nazywane anodą, a wyprowadzenie K jest nazywane

katodą. Jeżeli do anody diody doprowadzi się napięcie dodatnie względem katody, czyli
U

AK

>0 to będzie ona spolaryzowana w kierunku przewodzenia i prąd popłynie od anody do

katody. W przypadku, gdy napięcie U

AK

<0 dioda jest spolaryzowana zaporowo i prąd przez

nią nie płynie. Tak naprawdę to płynie tak zwany prąd wsteczny, ale jest on zwykle o kilka
rzędów mniejszy niż prąd przewodzenia, dlatego przyjmuje się, że jest on równy zeru.
Oczywiście tak jest do czasu, gdy napięcie zaporowe nie przekroczy pewnej granicy tak
zwanego napięcia przebicia, a wówczas popłynie prąd porównywalny z prądem w kierunku
przewodzenia. Zwykle powoduje to uszkodzenie diody, chyba, że mamy do czynienia ze
specjalnym rodzajem diody tak zwanej diody Zenera, w której wykorzystywana jest napięcie
przebicia do stabilizacji (inna nazwa takiej diody to stabilizator).

Charakterystyka diody

Na rys. 5.2 przedstawiona jest charakterystyka diody I

D

=I

D

(U

AK

). Jak widać na

rysunku już przy bardzo małych napięciach U

AK

(jest to napięcie na diodzie) prąd płynący

przez diodę I

D

(prąd przewodzenia) bardzo mocno wzrasta do dużych wartości. Tak jak każdy

element dioda ma również swoje parametry graniczne, których nie można przekroczyć bez jej
uszkodzenia. Dlatego prąd przewodzenia diody nie może przekroczyć jej prądu
maksymalnego I

Fmax

. Napięcie przewodzenia diody U

F

określa się przy prądzie przewodzenia

I

F

=0,1·I

Fmax

. Dla diody germanowej Ge (diody mogą być zbudowane z różnych

A

K

Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/

regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego

Funduszu Społecznego.

2 z 4

półprzewodników) napięcie to zawiera się w zakresie od 0,2V do 0,4V, a dla diody
krzemowej Si - od 0,5V do 0,8V.

rys. 5.2 Charakterystyka diody.

Wzór matematyczny określający charakterystykę diody:

(5.1)

gdzie:
- I

S

jest teoretycznym prądem wstecznym,

- m jest współczynnikiem korekcyjnym i wynosi od 1 do 2,
- U

T

=kT/q jest potencjałem elektrokinetycznym.

Potencjał ten w temperaturze normalnej (pokojowej) wynosi:

=

(5.2)

Charakterystyki diody krzemowej i germanowej przedstawione na rys. 5.3 powstały na

podstawie przedstawionego wyżej wzoru.

Typowe dane dla diody germanowej i krzemowej wynoszą:

- dioda krzemowa I

S

=10 pA, mU

T

=30 mV, I

Fmax

=100 mA

- dioda germanowa I

S

=100 nA, mU

T

=30 mV, I

Fmax

=100 mA.

Z charakterystyki można odczytać wartości napięcia przewodzenia U

F

dla prądu

przewodzenia I

F

=0,1·I

Fmax

. Dla diody germanowej napięcie przewodzenia jest równe 0,35V,

a dla diody krzemowej 0,62V.

Rys. 5.3 Charakterystyka diody w kierunku przewodzenia.

II. Treść zadania.

Wyznaczyć charakterystykę prądowo - napięciową diody prostowniczej . Dokonując pomiaru
nie przekraczaj wielkości znamionowych diody prądu przewodzenia, napięcia wstecznego.

Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/

regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego

Funduszu Społecznego.

3 z 4

Badając diodę w kierunku przewodzenia należy regulować napięcie od 0 do ok. 1,5 V
w zakresie od 0 do 0,7 co 0,1 V. dokonując pomiaru w kierunku wstecznym napięcie
regulujemy od 0 do 30 V co 5 V. Parametry diody: 1N4007/DO-35
Vrrm=1000V, Irrm=50uA, Vfm@If=1.1@1000
Sposób postępowania:

1.

Zapoznać się z treścią zadania i parametrami diody.

2.

Zapoznaj się z przyrządami i elementami używanymi w ćwiczeniu.

3.

Uzupełnij w sprawozdaniu wykaz elementów (wpisz numery seryjny, zakresy i dane
znamionowe).

4.

Połącz układ a pomiarowy zgodnie ze schematem.

5.

Dokonaj ustawienia elementów i zakresów pomiarowych.

6.

Zgłoś gotowość do wykonania pomiarów.

7.

Włącz zasilanie, dokonaj korekt ustawień (np. zakresu) i przejdź do odczytów.

8.

Zapisz w tabeli odczytane wielkości.

9.

Oblicz pozostałe wielkości tabeli.

10.

Rozłącz układ i posprzątaj stanowisko.

11.

Wyciągnij wnioski i wpisz je do sprawozdania.

12.

Wyślij sprawozdanie na serwer.

III. Sprawozdanie z przeprowadzonego ćwiczenia.

1.

Schemat układu pomiarowego.

A) Kierunek przewodzenia

B) Kierunek wsteczny

Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/

regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego

Funduszu Społecznego.

4 z 4

2.

Wykaz elementów

3.

Tabela pomiarowa

A) Kierunek przewodzenia

Lp.

Uf

If

-

[ ]

[ ]

B) Kierunek wsteczny

Lp.

Ur

Ir

-

[ ]

[ ]

4.

Charakterystyka prądowo- napięciową

5.

Uwagi i wnioski