13.04.2011

L14

Zaguła Jakub

Wojdyga Bartosz

POLITECHNIKA RZESZOWSKA

im. Ignacego Łukasiewicza

Wydział Elektrotechniki i Informatyki

PODSTAWY ELEKTRONIKI

Laboratorium nr 3

Diody półprzewodnikowe

1. Pomiary załączone na kartce.

2. Wykres ze zmierzonymi charakterystykami diod w kierunku przewodzenia.

Dioda prostownicza	U	I	P		Dioda Zenera	U	I	P
		[V]	[mA]			[mW]			[V]	[mA]	[mW]
		0,143	0,1250			0,01787			0,070	0,0001	0,00001
		0,170	0,3512			0,05970			0,406	0,0008	0,00032
		0,183	0,6043			0,11059			0,498	0,0077	0,00383
		0,187	0,7026			0,11300			0,533	0,0226	0,01205
		0,205	1,3907			0,28509			0,561	0,0585	0,03282
		0,214	1,9197			0,41082			0,584	0,1345	0,07855
		0,224	2,8475			0,63784			0,604	0,2765	0,16701
		0,232	3,7566			0,87153			0,621	0,5303	0,32932
		0,239	4,8679			1,16343			0,638	1,0044	0,64081
		0,244	5,8188			1,41979			0,650	1,5600	1,01400
		0,249	6,9993		1,74283
		0,251	7,7316		1,94063
		0,254	8,5427		2,16985
		0,256	9,1495		2,34227
		0,257	9,6672		2,48447
		0,264	12,614		3,33010
		0,271	16,182		4,38523
		0,279	21,042		5,87072
		0,287	27,755		7,96568
		0,295	35,652		10,51734
		0,303	46,342		14,04163

3. Napięcie progowe U_D dla badanych diod wyznaczyliśmy na podstawie wykresu, a także wykonanych pomiarów.

• Dioda prostownicza:

U_D ≈ 0,25 V

• Dioda Zenera:

U_D ≈ 0,6 V

Po przekroczeniu napięcia progowego U_D w kierunku przewodzenia gwałtownie wzrasta prąd w diodzie. Dioda LED zaczyna wtedy świecić dużo intensywniej.

4. Dla diody prostowniczej i Zenera wyznaczyliśmy rezystancję szeregową R­_S, prąd nasycenia I₀, oraz współczynnik złącza η.

Wykresy I(U) w skali logarytmiczno (I) liniowej (U)

Zależność opisująca prąd płynący przez diodę ma następujący wzór:

Wartość I₀ można wyznaczyć przez znalezienie punktu przecięcia ekstrapolowanego wykresu z osią prądu, zaś η będzie nachyleniem ekstrapolowanej charakterystyki. W programie gnuplot dokonaliśmy przybliżenia wykresów prostą o równaniu y=ax+b i odczytaliśmy wartości nachylenia i prądu nasycenia.

• Dioda prostownicza:

η = 2,37, I₀ = 0,0008 mA

• Dioda Zenera:

η = 1,56, I₀ = 0,00001 mA

Rezystancję szeregową R_S obliczyliśmy po przekształceniu powyższego wzoru, pamiętając, że U_T jest to potencjał termiczny elektronów (U_T = kT/q = 25mV w 293K) oraz biorąc pod uwagę dużą wartość prądu:

5. Rezystancję statyczną r_s oraz różniczkową r_r wyznaczyliśmy dla trzech wartości prądu i wykorzystaliśmy do tego wzory:

1. r_s = 0,17/0,0003512 ≈ 484,05 Ω

2. r_s = 0,249/0,0069993 ≈ 35,57 Ω

3. r_s = 0,295/0,035652 ≈ 8,27 Ω

1. r_r = (0,183-0,170)/(0,0006043-0,0003512) ≈ 51,36 Ω

2. r_r = (0,251-0,249)/(0,0077316-0,0069993) ≈ 1,37 Ω

3. r_r = (0,295-0,287)/(0,027755-0,035652) ≈ -1,01 Ω

Na podstawie przybliżonego wzoru teoretycznego obliczyliśmy r_r ≈ ηU_T/I dla tych samych prądów co poprzednio:

1. r_r = 2⋅25⋅10^-3/0,6043⋅10^-3 ≈ 82,74 Ω

2. r_r = 2⋅25⋅10^-3/7,7316⋅10^-3 ≈ 6,47 Ω

3. r_r = 2⋅25⋅10^-3/27,755⋅10^-3 ≈ 1,8 Ω

Jak widać z otrzymanych wyników, wartości wyliczone ze wzoru teoretycznego są większe od poprzednich. W tym wzorze nie możemy również otrzymać wyniku ujemnego, gdyż wszystkie dane ze wzoru są wartościami dodatnimi.

6. Wykres ze zmierzonymi charakterystykami diod w kierunku zaporowym.

Dioda prostownicza	U	I	P		Dioda Zenera	U	I	P
		[V]	[mA]			[mW]			[V]	[mA]	[mW]
		0,013	0,0002			0,000003			0,120	0,0000	0,0000
		0,043	0,0004			0,000017			0,265	0,0000	0,0000
		0,116	0,0005			0,000058			0,305	0,0000	0,0000
		0,229	0,0006			0,000137			0,333	0,0000	0,0000
		0,379	0,0006			0,000227			0,432	0,0000	0,0000
		0,498	0,0006			0,000299			0,498	0,0000	0,0000
		0,564	0,0006			0,000338			0,509	0,0000	0,0000
		0,684	0,0006			0,000410			0,905	0,0000	0,0000
		0,758	0,0007			0,000531			1,113	0,0001	0,0001
		1,059	0,0007			0,000741			1,223	0,0001	0,0001
		1,256	0,0007		0,000879
		1,339	0,0007		0,000937
		1,496	0,0007		0,001047
		1,700	0,0008		0,001360
		1,813	0,0008		0,001450

7. Wnioski:

Parametry diody zależą od materiału, z jakiego została wykonana i stopnia domieszkowania. Zakres tych zmian jest bardzo duży, a charakterystyki prądowo-napięciowe diod mogą różnić się bardzo znacznie. Z tego powodu wyróżniamy wiele rodzajów diod, mających różne zastosowania. Wyróżniamy diody prostownicze, Zenera, Schottky'ego, tunelowe, pojemnościowe, mocy i inne. Diody Zenera pracują w zakresie przebicia, co przy innych diodach może skończyć się zniszczeniem diody.

Charakterystyczne zakresy pracy złącza oznaczone są różnymi kolorami:

• czerwony (polaryzacja w kierunku przewodzenia) - U < U_D, złącze praktycznie nie przewodzi, prąd jest bardzo mały;

• niebieski (polaryzacja w kierunku przewodzenia) - U > U_D, złącze przewodzi, wraz ze wzrostem napięcia prąd znacząco rośnie;

• zielony (polaryzacja w kierunku zaporowym) - płynie niewielki prąd unoszenia;

• żółty (polaryzacja w kierunku zaporowym) - przebicie lawinowe lub Zenera, prąd gwałtownie rośnie.

żółty

zielony

czerwony

niebieski