A8B32IES Úvod do elektronických systémů

Transkript

1 A8B32IES Úvod do elektronických systémů Polovodičová dioda charakteristiky, parametry, aplikace Elektronické prvky a jejich reprezentace Ideální dioda Reálná dioda a její charakteristiky Porovnání vlastností různých typů diod Měření statických parametrů 1

2 Kde nalezneme ekektronické prvky? Elektronický systém Integrovaný Diskrétní ½ Intel Xeon

3 Elektronický systém a jeho komponenty aktivní U 0 = I 0 U g m U pasivní R C L -t 0

4 Elektronický prvek (MOSFET) způsoby reprezentace Fyzická struktura G D S D G B S B MOSFET tranzistor řízený polem využívající strukturu kov-izolantpolovodič S G D Princip činnosti elektrostatická indukce Tranzistor v této reprezentaci je fyzická 3D struktura využívající vhodnou morfologii různých materiálových vrstev k aplikaci daného fyzikálního jevu Užití reálná funkce (spínač, proudový zdroj, řízený odpor), ekonomický zisk

5 Elektronický prvek (MOSFET) způsoby reprezentace Fyzikální model D x x n 1 Jn G x t e x R x S G D G B S Tranzistor v této reprezentaci je virtuální 3D struktura popsaná vhodnými modely, která je určena k simulaci probíhajících fyzikálních procesů, zejména analýze vnitřního rozložení elektrického pole a proudových hustot S G D Užití virtuální realizace, analýza činnosti, simulace elektrických charakteristik

6 Elektronický prvek (MOSFET) způsoby reprezentace V-A Charakteristika I D [ma] D I D G B U DS U GS U GS S U DS 0 Tranzistor je v této reprezentaci abstrahován jako 4-pól jehož elektrické vlastnosti jsou popsány vzájemnými vztahy mezi proudy a napětími na jeho svorkách. Ty mohou být popsány analytickými vztahy nebo grafickým předpisem. Vztahy většinou závisí na více proměnných, jsou nelineární a odráží reálné chování struktury. Užití analýza a charakterizace elektrických vlastností prvku zejména při jeho zapojení v obvodu

7 Elektronický prvek (MOSFET) způsoby reprezentace Obvodový model D G B S 0 Tranzistor je v této fázi reprezentován náhradním zapojením složeným z ideálních obvodových prvků. Prvky mohou být pouze lineární nebo i nelineární. Model může aproximovat celou charakteristiku nebo jen její část. Součástí modelu jsou jeho parametry. Většina obvodových prvků má svůj reálný ekvivalent ve fyzické struktuře. Užití obvodová analýza, simulace

8 Elektronický prvek (MOSFET) způsoby reprezentace G GATE Simulační model D DRAIN B S SOURCE M1 DRAIN GATE SOURCE NMOS0P5/ELP * NMOS in model 0.5um CMOS Technology.model NMOS0P5/ELP NMOS (Level=1 + VTO=2 + L=2E-06 B + W=9.2E-03 + UO=460 + LAMBDA=0.001 C + KP=2.0E-03 ) 0 A Tranzistor reprezentován textem, který mimo přiřazení vývodů A obsahuje odkaz na použitý obvodový model B a jeho parametry C. Užití simulace v simulátoru, přechod do vyšší úrovně abstrakce

9 Ideální Dioda A anoda [ma] nelineární dvojpól funguje jako jednocestný ventil (propouští proud pouze jedním směrem) K katoda závěrná polarizace propustná polarizace 0 závěrná polarizace I A =0 A propustná polarizace I A A U AK 0 I A nevede proud 0 K U AK I A 0 U AK 0 vede proud při nulovém úbytku napětí K 9 U AK =0

10 Rébus Určete velikost proudu I 0 (Diody D 1 až D 6 považujte za ideální, U 0 =10V, R=10Ω). R I 0 D 1 D 2 R D 5 D 6 U 0 R D 4 R R D 3

11 Reálná Dioda

12 A Reálná Dioda voltampérová charakteristika [ma] 200 I F nkt I e, 0 eu F U F nkt e K 150 U BR průrazné napětí 100 U R I R =50V závěrný proud typicky na@t=300k =50mA propustný úbytek I R [ A]

13 Dioda mezní parametry [ma] AV SM Forward AVerage Current Forward Surge Maximum Current U RRM Reverse Repetetive Maximum Voltage U RSM Reverse Surge Maximum Voltage I Z Zener Current AV U BR U RRM U R 0 I Z I R [ A]

14 Dioda katalogový list U RRM Reverse Repetetive Maximum Voltage AV SM Forward AVerage Current Forward Surge Maximum Current I R Forward Voltage Reverse Current

15 Přístroje používané v A8B32IES Zdroj stejnosměrného napětí Oba přepínače vypnuté (= nezávislé zdroje U 1 a U 2 ) U 2 U 1 VYPÍNAČ U 2 KOSTRA PŘÍSTROJE NEPOUŽÍVAT U 1 Pevné napětí 5V/3A NEPOUŽÍVAT nelze nastavit proudové omezení 15

16 Multimetry voltmetr, ohmmetr Přístroje používané v A8B32IES V, Ω V, Ω 16

17 Multimetry ampérmetr Přístroje používané v A8B32IES A A 17

18 Přípravek pro měření VA charakteristik diod volba diody volba odporu R x

19 Diody použité na přípravku TYP AV (ma) SM (A) MEZNÍ PARAMETRY U RRM (V) U RSM (V) Poznámka 1N Křemíková usměrňovací dioda s pn přechodem. 10BQ Schottkyho usměrňovací dioda ZD 3V3 Zenerova dioda 3.3 V LED IR 65 5 Infračervená GaAlAs svítivka LED RED Červená InGaAlP svítivka LED YELLOW Žlutá InGaAlP svítivka LED - BLUE Modrá svítívka GaN na SiC

20 Rébus zapojte 4 svítivky paralelně postupně odpojujte propojky zleva a sleduje výsledek postup opakujte avšak propojky odpojujte zprava Pokuste se interpretovat výsledek pozorování U CC =15V R=1k7

21 Měření statické VA charakteristiky diody R = 100 [ma] 14 U CC U R U CC = R + (1) = f( ) (2) A K 1.0 I R [ A]

22 Dioda zapojená v lineárním obvodu / Nastavení pracovního bodu R = 100 [ma] 14 U CC U R U CC = R + (1) = f( ) (2) A K 1.0 I R [ A]

23 Grafické řešení proud zdroje nakrátko U CC = R + [ma] 14 I k = U CC /R (2) = (U cc - )/R (1) GRAF rce (1) (1) pracovní bod P 0 [o,o ] U R U CC = U n napětí zdroje naprázdno 1.0 I R [ A]

24 Princip měření VA charakteristiky [ma] U R CC 1 R 1 U CC =15V R x = 1k až 1M U CC R 2 R 2 U CC R 3 R 3 R 1 <R 2 <R 3 <R 4 U CC R 4 0 R 4 U CC

25 Přípravek pro měření VA charakteristik diod volba diody volba odporu R x

26 Zapojení pro měření VA charakteristik diod A U CC V R x A V U CC =15V R x =4k7

27 Zpracování výsledků list UF u vybraných diod doplnit naměřené souřadnice a pracovních bodů R x