|
Laboratorium Elektroniki |
|
|
Diody póprzewodnikowe |
|
1.Wstp
Celem wiczenia jest poznanie zdejmowania charakterystyk statycznych i dynamicznych diod póprzewodnikowych oraz sposobów okrelenia ich parametrów statycznych i dynamicznych. W celu otrzymania statycznych charakterystyk prdowo-napiciowych przyrzdów póprzewodnikowych naley zastosowa jedn z dwóch metod pomiarowych, którymi s:
— metoda ''punkt po punkcie'',
— metoda impulsowa (oscyloskopowa).
2.Zdejmowanie charakterystyk diod metod impulsow.
Metoda impulsowa zwana równie oscyloskopow pozwala na szybkie wyznaczanie charakterystyk statycznych danego przyrzdu w postaci obrazu na ekranie oscyloskopu. Impulsowy przebieg napicia podaje si równoczenie na badany przyrzd i do ukadu odchylania poziomego. do ukadu odchylania pionowego doprowadza si napicie proporcjonalnie do prdu przepywajcego przez badany przyrzd. Budujemy ukad do zdejmowania charakterystyk statycznych diod:
Dioda : BA 159
Jest to dioda przeczajca, krzemowa. Parametry dopuszczalne to UR=1000V, IF=400mA. Parametry charakterystyczne UF=1.3V przy IF=1mA oraz IR=0.005A przy UR=1000V. Zastosowana do szybkich prostowników.
Dioda :BAT 43
Jest to dioda przeczajca, krzemowa.
Dioda :CQYP 40A
Dioda luminescencyjna koloru ótego, wykonana z arsenku galu, jest to element do zastosowa profesjonalnych.
Dioda :CQYP 33B
Dioda luminescencyjna koloru czerwonego, wykonana z fosforu galu. Do zastosowa profesjonalnych.
Dioda :DZG 4
Dioda prostownicza germanowa produkcji polskiej. Parametry graniczne : URWM=200V, IFSM=0.9A, tj=75°C. Parametry charakterystyczne UF=0.5V przy IF=0.3A i Ir=0.5mA przy UR=200V.
3.zdejmowanie charakterystyki diody w kierunku zaporowym.
Do wiczenia uyto diod o symbolu BZ 683 C3V3.Na wykresie przedstawiono charakterystyk zdjt z oscyloskopu:
Ukad do zdejmowania charakterystyk diod w kierunku zaporowym:
Parametry katalogowe diody BZ 683 C 3V3 :
Uz=3.1÷3.5V przy IZ=5mA,
PAD=400mW , rZ=100.
Do pomiarów obliczono warto prdu w kierunku zaporowym z zalenoci:
, napicie Zenera przyjto UZ=3.3V.
Tabela pomiarowa:
Iz [mA] |
Uz [V] |
121 |
4.23 |
96.8 |
4.18 |
5 |
3.19 |
1.2 |
2.61 |
0.2 |
1.64 |
0.002 |
0.8 |
Na podstawie odczytanych pomiarów wykrelono charakterystyk w kierunku zaporowym.
4.zdejmowanie charakterystyki w kierunku przewodzenia.
Do wiczenia uyto diod o symbolu BYP 401-50. Parametry katalogowe diody to:
Up=1.1 V, Ip=1A.
Schemat ukadu:
Tabela pomiarowa:
Up [V] |
Ip [mA] |
0 |
0 |
0.523 |
1.2 |
0.662 |
19.2 |
0.701 |
39.2 |
0.722 |
59.3 |
0.746 |
89.3 |
0.914 |
995 |
Na podstawie pomiarów wykrelono charakterystyk:
5.wnioski.
Metoda impulsowa jest powszechnie stosowana w pomiarach masowych np.przy produkcji elementów póprzewodnikowych. dokadno tej metody jest gorsza od dokadnoci metody ''punkt po punkcie'', ale jej jest szybko oceny przydatnoci elementów. Pozwala ona równie zaobserwowa zmiany charakterystyk pod wpywem zmiany temperatury, natenia pola elektromagnetycznego i innych. W drugiej czci wiczenia zastosowano metod ''punkt po punkcie''. Metoda ta jest bardzo pracochonna, zapewnia jednak dokadno, która zaley przede wszystkim od klasy mierników pomiarowych. Wad tej metody jest niemono uzyskania charakterystyki w zakresie duych napi i pradów. Wynika to z faktu nagrzewania si danego elementu póprzewodnikowego, co w sposób zasadniczy zmienia charakterystyk. Grozi to równie uszkodzeniem elementu badanego.
Charakterystyczne parametry diod to:
URG - graniczna warto napicia przy polaryzacji w kierunku zaporowym, przy napiciu tym nastpuje praktycznie przebicie diody,
URD - dopuszczalne napicie w kierunku zaporowym, okrela si je najczciej jako 0.8URG,
IF - warto prdu pyncego przez diod przy polaryzacji w kierunku przewodzenia,
I0 - dopuszczalny prd redni diody przy polaryzacji w kierunku przewodzenia,
IF11 - dopuszczalny prd szczytowy przy polaryzacji w kierunku przewodzenia,
RP - oporno statyczna w danym punkcie pracy P przy polaryzacji w kierunku przewodzenia,
rd - oporno dynamiczna w danym punkcie pracy przy polaryzacji w kierunku przewodzenia,
oprócz tych podstawowych diod charakteryzuj jeszcze takie parametry jak: pojemno zczowa diody (CT), czstotliwo graniczna (fgr), dopuszczalna temperatura zcza (Tjd), opór cieplny diody (K[C/W]) zaley od sposobu chodzenia, moc admisyjna (Pad).
Diody charakteryzuje zcze tzw. cisy styk dwóch krysztaów ciaa staego. Rozróniamy dwa rodzaje zczy pórzewodnik-póprzewodnik i metal-pórzewodnik (stosowany w diodzie Schottky'ego, które charakteryzuj si du szybkoci przeczania). Na poczeniu dwóch warstw tworzy si warstwa zaporowa, która w zalenoci od kierunku polaryzacji zwiksza si lub zmniejsza. prdy dyfuzyjne dziur IPD i elektronów IND s proporcjonalne do gradientu koncentracji domieszek. Wysoko bariery, a wic rónica potencjaów nazywamy napiciem dyfuzyjnym
Dla zczy krzemowych UD=0.6÷0.8V, a dla germanowych UD=0.2÷0.3V i zmienia si wraz ze wzrostem temperatury o okoo 2.3mV/k. Innym charakterystycznym parametrem jest potencja termodynamiczny UT=kT/q i wynosi dla T=300K ok. 26mV.
Przy polaryzacji wstecznej elektrony o duej energii przechodz do pasma przewodnictwa, ulegaj przyspieszaniu co w kocowej fazie prowadzi do zniszczenia termicznego zcza. Wydziela si przy tym duy prd jonizacji.
Przejciem tunelowym (zjawiskiem Zenera) nazywamy zjawisko przy którym elektrony przechodz z pasma do pasma bez zmiany energii. Zjawisko to znalazo zastosowanie w stabilizatorach napicia.
Jeeli diody pracuj w zakresie duych czstotliwoci to due znaczenie odgrywa pojemno zczowa Ct i pojemno dyfuzyjna Cd zalena od kierunku polaryzacji
gdzie Co przy U=0, a m=0.33÷0.5.
Ze wzgldu na sposób domieszkowania i wykonania rozróniamy diody epitaksjalno-polarne i diody ostrzowe o maej powierzchni zcza rzdu (10-3÷10-4mm2). Stosowane s przy wielkich czstotliwociach.
Ze wzgldu na zastosowanie rozróniamy diody prostownicze, uniwersalne które stosuje si gównie w ukadach detekcyjnych, prostowniczych maej mocy i ogranicznikach. Diody impulsowe stosowane s jako przeczniki. Charakteryzuj si ma rezystancj w kierunku przewodzenia i du w kierunku zaporowym. W diodach pojemnociowych wykorzystuje si zmiany pojemnoci zcza pod wpywem napicia. W takich diodach dy si do jak najwikszego wspóczynnika przestrojenia Ko=Ct max/Ct min , wanym parametrem jest czuo =1/Ct *dCt /dU. Stosuje sieje w ukadach automatycznego dostrajania, powielania, modulacji czstotliwoci.
Diody luminescencyjne stosowane s jako sygnalizatory, charakteryzuj si duym napiciem przebicia w kierunku przewodzenia. Mona to zauway na charakterystykach oscyloskopowych porównujc z innymi diodami. wiczenie to pozwolio na poznanie charakterystyk statycznych diod i porównanie ich.