Výsledky zpracujte do tabulek a grafů; v pracovní oblasti si zvolte bod a v tomto bodě vypočítejte diferenciální odpor.

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Výsledky zpracujte do tabulek a grafů; v pracovní oblasti si zvolte bod a v tomto bodě vypočítejte diferenciální odpor."

David Havlíček
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 ZADÁNÍ: Změřte VA charakteristiky polovodičových prvků: 1) D1: germaniová dioda 2) a) D2: křemíková dioda b) D2+R S : křemíková dioda s linearizačním rezistorem 3) D3: výkonnová křemíková dioda 4) a) D4: LED dioda b) navrhněte pracovní rezistor pro D4: ze zdroje +5V odebírala proud 10mA Výsledky zpracujte do tabulek a grafů; v pracovní oblasti si zvolte bod a v tomto bodě vypočítejte diferenciální odpor. ÚVOD: Polovodičové diody jsou dvoupólové součástky využívající ke své činnosti vlastností přechodu PN nebo Schottkyho přechodu polovodič-kov. Základní informace o vlastnostech diody dává její voltampérová (anadová) charakteristika. Je to závislost stejnosměrného produ I AK procházejícího diodou na stejnosměrném napětí U AK, které působí mezi její anodou a katodou. Na charakteristice můžeme dobře rozlišit oblast, ve které je dioda otevřena (polarizována v přímém směru - 1. kvadrant), a oblast, kdy je v dioda uzavřena (polarizována ve zpětném směru - 2. kvadrant). Anadový proud I AK se objevuje při napětí U AK větším než prahové napětí (Ge - 0,3V; Si - 0,6V), kdy elektrostatické pole vznikající uvnitř diody působením anodového napětí překoná elektrostatické pole vytvořené v oblasti přechodu pevně vázanými ionty akceptoru a donoru. Jinými slovy: proud se v přímém směru objeví, když napětí vnějšího zdroje zruší potenciálovou přehradu. Změníme-li polaritu anodového napětí, bude odpovídající elektrostatické pole podporovat potenciálovou přehradu a přechod se pro majoritní nosiče náboje zcela uzavře. Odpor diody je za této situace několik set kiloohmů až několik desítek megaohmů. SCHÉMA: 1) Měření diod v propustném směru 2) Měření diod v nepropustném směru R ma I I V I D I I AD ma Z V R S Z V D D

diferenciální odpor. ÚVOD: Polovodičové diody jsou dvoupólové součástky využívající ke své činnosti vlastností přechodu PN nebo Schottkyho přechodu polovodič-kov.

2 POPIS MĚŘENÍ: A) Měření diod v propustném směru V tomto měření se použije zapojení podle schéma 1. Z vlastností o diodách víme, že v propustném směru mají malý odpor. Proto použijeme tedy měřící metodu AVAL. Při měření vzniká chyba, jelikož miliampérmetrem ma měříme i proud I V, který prochází voltmetrem V (má vlastní spotřebu). Je však malá, protože I V << I D. Ale pro větší přesnost budeme považovat za proud I D : U ID = I RV I - proud, ukazující miliampérmetr ma U - napětí, ukazující voltmetr V R V - vnitřní odpor voltmetru Zdojem Z nastavíme konstantní napětí U. Potenciometrem R regulujeme proud protékající diodou: a) D1,D2,D4 - od 0 do 10mA b) D3 - od 0 do 100mA Návrh pracovního rezistoru pro D4: Velmi často je potřeba připojit diodu na větší napětí, než je její úbytek napětí při určitém proudu. Proto se dioda zapojí sériově s rezistorem. Na rezistoru nastane úbytek napětí, který je přímo úměrný procházejícímu proudu. Na diodě tak zůstane menší napětí, než je napětí zdroje. Pracovní rezistor pro diodu D4 si spočítáme podle vztahu: U - napětí na zdroji I - požadovaný procházející proud diodou U D - úbytek napětí na diodě při procházejícím produ I B) Měření diod v nepropustném směru R U = U I V tomto měření se použije zapojení podle schéma 2. Z vlastností o diodách víme, že v nepropustném směru mají velký odpor. Proto použijeme tedy měřící metodu AMONT. Při měření vzniká chyba, jelikož voltmetr V měří i úbytek napětí na miliampérmetru ma (má vlastní spotřebu). Je však malá, protože I AD I. Ale pro větší přesnost budeme považovat za napětí U D : D U = U U D A

Ale pro větší přesnost budeme považovat za proud I D : U ID = I RV I - proud, ukazující miliampérmetr ma U - napětí, ukazující voltmetr V R V - vnitřní odpor voltmetru Zdojem Z nastavíme konstantní

3 U - napětí, ukazující volmetr V U A - úbytek napětí na miliampérmetru ma Zdojem Z nastavíme požadované napětí U na diodě: a) D1,D2,D3 - od 0 do 32V b) D4 - od 0 do 5V - pozn.: zkontrolovat mezní závěrné napětí u diody D1. C) Určení diferenciálního odporu Pro spočítání diferenciálního neboli dynamického odporu je potřeba VA charakteristika. Postup při uřčení odporu je následující: 1) zvolíme si jakýkoliv bod v propusném směru 2) k tomuto bodu uděláme tečnu 3) na tečně si zvolíme libivolné dva body 4) k těmto bodům určíme I a U 1) dif. Odpor spočítáme podle vztahu: U RDIF = I NAMĚŘENÉ A VYPOČTENÉ VÝSLEDKY: A) Měření diod v propustném směru - pozn.: Dioda má malý odpor (v našem případě nepřesáhne průměr odporu 500Ω) v propustném směru. Při počítání s korekcí proudu (viz. popis měření) se výsledek liší pouze nepatrně od naměřeného proudu miliampérmetrem za skutečný proud budeme považovat naměřěný proud miliampérmetrem. - ve všech zapojeních byl použit digitalní voltmetr V a analogový miliampérmetr ma 1) D1: germaniová dioda V tomto zapojení jsme nastavili regulovatelný zdroj Z na 10V. Potenciometrem R jsme regulovali proud od 1 do 10mA. Naměřené a vypočtené hodnoty jsou v tabulce č. 1. Charakteristika diody je na grafu č. 1. Tabulka č. 1 - měřní diody D1 v proustném směru I[mA] U[mV]

Postup při uřčení odporu je následující: 1) zvolíme si jakýkoliv bod v propusném směru 2) k tomuto bodu uděláme tečnu 3) na tečně si zvolíme libivolné dva body 4) k těmto bodům určíme I a U 1) dif.

4 2) D1: křemíková dioda Postup byl stejný jako u měření diody D1. Naměřené a vypočtené hodnoty jsou v tabulce č. 2. Charakteristika diody je na grafu č. 2. Tabulka č. 2 - měřní diody D2 v proustném směru I[mA] U[mV] S linearizačním odporem Do obvodu jsme přidali potenciometr R S, u kterého jsme nastavili odpor na 100Ω. Dále jsme nastavili regulovatelný zdroj Z na 15V. Potenciometrem R jsme regulovali proud od 1 do 10mA. Naměřené a vypočtené hodnoty jsou v tabulce č. 3. Charakteristika diody je na grafu č. 3. Tabulka č. 3 - měřní diody D2 v proustném směru I[mA] U[mV] ) D3: výkonnová křemíková dioda V tomto zapojení jsme nastavili regulovatelný zdroj Z na 10V. Potenciometrem R jsme regulovali proud od 1 do 100mA. Naměřené a vypočtené hodnoty jsou v tabulce č. 4. Charakteristika diody je na grafu č. 4. Tabulka č. 4 - měřní diody D3 v proustném směru I[mA] U[mV] ) D4: LED dioda Postup byl stejný jako u měření diody D1. Naměřené a vypočtené hodnoty jsou v tabulce č. 5. Charakteristika diody je na grafu č. 5. Tabulka č. 5 - měřní diody D4 v proustném směru I[mA] U[mV] Návrh pracovního rezistoru pro D4: Nejdříve jsme si pomocí charakteristiky určili úbytek napětí na diodě při proudu 10mA (1,57). Poté jsme dosadili do vzorce: R U = U I D 10 1, 57 = 2 10 = 843Ω Na potenciometru R jsme nastavili odpor 843Ω a změřili jsme protékající proud.

odpor na 100Ω. Dále jsme nastavili regulovatelný zdroj Z na 15V. Potenciometrem R jsme regulovali proud od 1 do 10mA. Naměřené a vypočtené hodnoty jsou v tabulce č. 3.

5 B) Měření v nepropustném směru U všech diod procházel velice malý proud (<1µA). V laboratořích nebyl přístroj, který by naměřil takhle malé proudy. Proto nemohly být naměřeny hodnoty a zhotoveny grafy. C) Určení diferenciálního odporu Pro všechny diody byla zhotovena tečna k bodu, který odpovídal Y-ové souřadnici 6mA. ZÁVĚR: U 50 - dif. odpor [Ω] = = 14Ω I 35, 1) D1-14Ω 2) a) D2-10Ω b) D2+RS - 107Ω 3) D3-10Ω 4) D4-10Ω Měření diod (jejich VA charakteristik) v propustném směru je poměrně snadnou záležitostí. Důležité je si zvolit správné cejchování stupnice, protože dioda při určitém napětí (prahové) zmenšuje velice rychle svůj vlastní odpor. Tak by při špatném cejchování (zvyšování proudu po větších hodnotách) stupnice mohla vzniknout nepěkná křivka, podle které by nebylo možno alespoň s částečnou přesností určit úbytek napětí při určitém protékajícím proudu (nebo proud při určitém napětí). Ovšem měření diod v nepropustném směru už není tak jednoduché, protože proud protékající diodou je často menší než 1µA (kvalitní dioda) a běžnými měřící přístroji se nedá změřit. Ani v laboratoři jsme nebyly vybaveni přístroji, kterými by se nechal protékající proud diodou zmeřit. Avšak závěrná charakteristika diod nás tolik nezájímá (ale u Zenerových nebo jiných diod ano), protože není v praxi využívána. Při vytváření grafů se ukázala poměrně velká nepřesnost analogových přístrojů. Z vlastností o nich je známo, že pokuď není ruřička analogového měřícího přístroje ve 3/4 α MAX (maximální výchylky), jejich procentní chyba je velká. Tato skutečnost se projevila i v grafech, a proto musely být ručně poopraveny, aby odpovídaly skutečné charakteristice diod. Avšak nepřesnost měření je vidět na grafech i po opravě.

odpor [Ω] = = 14Ω I 35, 1) D1-14Ω 2) a) D2-10Ω b) D2+RS - 107Ω 3) D3-10Ω 4) D4-10Ω Měření diod (jejich VA charakteristik) v propustném směru je poměrně snadnou záležitostí.

7 I[mA] Graf č.1 - Charakteristika D1 v propustném směru I 3 2 U[mV] 1 U

8 I[mA] Graf č.2 - Charakteristika D2 v propustném směru I 3 2 U[mV] 1 U

9 I[mA] Graf č.3 - Charakteristika D2+R S v propustném směru I U[mV] 1 U

10 I[mA] Graf č.4 - Charakteristika D3 v propustném směru U[mV] 10 I U

11 I[mA] Graf č.5 - Charakteristika D4 v propustném směru I 2 U[mV] 1 U

Podobné dokumenty

a činitel stabilizace p u

a činitel stabilizace p u ZADÁNÍ: 1. Změřte závislost odporu napěťově závislého odporu na přiloženém napětí. 2. Změřte V-A charakteristiku Zenerovy diody v propustném i závěrném směru. 3. Změřte stabilizační a zatěžovací charakteristiku