Elektronické praktikum EPR1

Transkript

1 Elektronické praktikum EPR1 Úloha číslo 2 název Vlastnosti polovodičových prvků Vypracoval Pavel Pokorný PINF Datum měření vypracování protokolu

2 Zadání 1. Seznamte se s funkcí a ovládáním snímače charakteristik HM Prohlédněte si na měřiči charakteristik a zaznamenejte V-A charakteristiky různých typů diod: Ge dioda, Si dioda, LED diody různých barev, Zenerova (stabilizační) dioda. Charakterizujte diody úbytkem napětí v propustném směru při proudu 1 ma a závěrným napětím při proudu 100 μa. 3. Změřte V-A charakteristiky Si a Ge tranzistorů, odečtěte a v protokolu uveďte následující parametry: proudový zesilovací činitel zbytkový proud kolektoru při bázi nakrátko i naprázdno maximální napětí K-E při bázi nakrátko i naprázdno 4. Pomocí voltmetru a ampérmetru změřte podrobně V-A charakteristiku Zenerovy diody v závěrném směru, změřte strmost charakteristiky pro proud v závěrném směru v rozsahu proudů ma. Diodu měřte v obvodě se zařazeným ochranným odporem v sérii o velikosti Ohmů. Uveďte použité schéma zapojení. 5. Stejným způsobem změřte podrobně charakteristiku a určete strmost dvou LED diod různé barvy v propustném směru pro rozsah proudů ma. Vypracování V-A charakteristika různých typů diod Graf 1 - Obecná V-A charakteristika diody V Graf 1 - Obecná V-A charakteristika diody je zakreslen přibližný průběh V-A charakteristiky běžné usměrňovací diody. Bod U O značí napětí, při kterém začíná diodou protékat proud v propustném směru, bod U Z značí napětí, při kterém začíná diodou protékat proud v závěrném směru a kde začíná průraz. Tato charakteristika je podobná i pro LED diody, pokud uvážíme pouze propustný směr (závěrný směr nemá u LED diod praktický význam). Pro Zenerovu (stabilizační) diodu platí následující charakteristika.

3 Graf 2 - V-A charakteristika Zenerovy diody V propustném směru má graf průběh podobný usměrňovací diodě, v závěrném směru je však závěrný proud minimální, až do dosažení Zenerova napětí, kdy proud diodou prudce vzroste. Na snímači charakteristik jsme si zobrazili a odečetli následující hodnoty, které popisují průběh grafu. Přístroj neumožňuje přesný odečet, proto jsou následující hodnoty částečně odhadnuté. Otevírací a průrazné napětí diod Typ diody U O [V] U Z [V] Ge 0,24-10,9 Si 0,48 > - 40V (mimo rozsah přístroje) LED červená 1, LED zelená 1, Zenerova ,1 Tabulka 1 - Otevírací a průrazné napětí diod Napětí na diodě při daném proudu Ge Si LED červená LED zelená I [ma] U [V] I [ma] U [V] I [ma] U [V] I [ma] U [V] 1 0,4 0,75 0,57 0,9 1,5 1 1,84-0, , ,79 0,86 9,5 0,7 10,7 1,61 12,51 2,23 18,68 1, , ,65 18,8 2,38 Tabulka 2 - Napětí na diodách při daném proudu Hodnoty ve výše uvedených tabulkách upřesňují průběh grafu charakteristiky. Zároveň udávají úbytek napětí na diodě při daném proudu. V-A charakteristiky tranzistorů Na snímači charakteristik jsme změřili průběh charakteristiky tranzistorů PNP (C557C) a NPN (C547C). V obou případech se jednalo o křemíkové tranzistory. Následující tabulka uvádí pro různé proudy bází velikost proudového zesilovacího činitele β a hodnotu napětí U S, kdy se tranzistor saturuje (kolektor začne dostatečně odebírat elektrony z emitoru a proud I C se téměř ustaluje na konstantní hodnotě).

4 Si PNP transistor C557C Si NPN transistor C547C I B *µa+ β (I C / I B ) U S [V] I B *µa+ β (I C / I B ) U S [V] -0, , , ,24 8, ,33-14, ,35 17, ,46-29, ,35 26, ,57-39, ,46 35, ,84 Tabulka 3 - Zesilovací činitel a saturačního napětí tranzistoru Pro upřesnění charakteristiky jsme odečetli velikost proudu I CE pro dvě pevné hodnoty napětí a pro různé proudy bází. Si PNP transistor C557C Si NPN transistor C547C I B *µa+ I CE pro U CE = 0,8V [ma] I CE pro U CE = 9,6V [ma] I B *µa+ I CE pro U CE = 0,8V [ma] I CE pro U CE = 9,6V [ma] -0,4 0 0,31 0, ,6 4,26 5,46 8,6 4,6 4,99-14,3 8,19 10,56 17,1 8,89 9,65-29,6 11,72 15,25 26,3 13,32 14,58-39,6 14,98 19,64 35,6 17,44 19,32 Tabulka 4 - I CE pro dané napětí a různé I B Ve spolupráci s ing. Pavlem jsme změřili zbytkový proud kolektoru při bázi nakrátko a naprázdno pro germaniový a křemíkový tranzistor. Typ tranzistoru I LC *µa+ (zbytkový proud kolektorem) B-E spojeno B-E rozpojeno Ge Si < 1nA < 1nA Tabulka 5 - Zbytkový proud kolektoru Maximální napětí C-E jsme měřili na tranzistoru C547C (Si NPN tranzistor) při bázi nakrátko a naprázdno. Toto měření jsme také provedli ve spolupráci s ing. Pavlem. Zapojení U CE [V] Poznámka Báze naprázdno průraz Báze nakrátko průraz Tabulka 6 - Napětí U CE při bázi naprázdno a nakrátko Charakteristika Zenerovy diody a LED diody Podle následujícího schématu jsme sestavili obvod pro měření strmosti charakteristiky Zenerovy diody. Schéma 1 - Zapojení pro měření Zenerovy diody Podobné zapojení jsme použili pro změření charakteristiky dvou různě barevných LED diod.

5 Napětí na diodě [V] Schéma 2 - Zapojení pro měření LED diody Naměřené hodnoty jsou v následující tabulce a grafech. Měřili jsme v rozsahu proudu ma s krokem 1 ma. I [ma] U [V] Zenerova LED červená LED zelená ,24 2, ,4 2,29 2, ,6 2,33 2, ,7 2,4 2, ,44 2, ,52 2, ,53 2, ,2 2,64 2, ,4 2,65 2, ,6 2,69 2, ,8 2,74 2,5 Tabulka 7 - Charakteristika Zenerovy a LED diod 2,8 2,7 V-A charakteristika LED diod pro proud ma Fitovací funkce: y = 0,0512x + 1,7295 2,6 2,5 2,4 2,3 Fitovací funkce: y = 0,0245x + 2,01 Červená LED Zelená LED Fit (červená LED) Fit (zelená LED) 2, Proud LED diodou [ma] Graf 3 - V-A charakteristika LED diod

6 Napětí na diodě [V] 15 14,8 14,6 14,4 14, ,8 13,6 13,4 13, ,8 V-A charakteristika Zenerovy diody pro proud ma Fitovací funkce: y = 0,1564x + 11, Proud diodou [ma] Graf 4 - V-A charakteristika Zenerovy diody Závěr 1. Seznámení 2. Charakteristiky diod jsou zakresleny obecně v grafech Graf 1 - Obecná V-A charakteristika diody a Graf 2 - V-A charakteristika Zenerovy diody. Konkrétní hodnoty významných bodů grafu jsou uvedeny v Tabulka 1 - Otevírací a průrazné napětí diod. Charakteristika diod pomocí napětí při daném proudu je popsána v Tabulka 2 - Napětí na diodách při daném proudu 3. Údaje o charakteristice tranzistorů jsou uvedeny v Tabulka 3 - Zesilovací činitel a saturačního napětí tranzistoru a Tabulka 4 - I CE pro dané napětí a různé I B Ve spolupráci s ing. Pavlem jsme stanovili zbytkový proud kolektoru při bázi nakrátko i naprázdno a maximální napětí K-E při bázi nakrátko i naprázdno. Hodnoty jsou uvedeny v Tabulka 5 - Zbytkový proud kolektoru a Tabulka 6 - Napětí U CE při bázi naprázdno a nakrátko. 4. Podle Schéma 1 - Zapojení pro měření Zenerovy diody jsme zapojili obvod a změřili závislost napětí na proudu Zenerovou diodou. Naměřená data jsou uvedena v Tabulka 7 - Charakteristika Zenerovy a LED diod. Graf 4 - V-A charakteristika Zenerovy diody zobrazuje tyto data. Pomocí lineárního fitu, jsme určili strmost charakteristiky na 0,1564 V/mA, tj. 6,3939 ma/v. 5. Podle Schéma 2 - Zapojení pro měření LED diody jsme zapojili obvod a změřili závislost napětí na proudu Zenerovou diodou. Naměřená data jsou uvedena v Tabulka 7 - Charakteristika Zenerovy a LED diod. Graf 3 - V-A charakteristika LED diod zobrazuje tyto data. Pomocí lineárního fitu, jsme určili strmost charakteristiky pro červenou LED na 0,0512 V/mA, tj. 19,5313 ma/v. U zelené LED je strmost charakteristiky hodnoty 0,0245 V/mA, tj. 40,8163 ma/v.