Praktikum II Elektřina a magnetismus



Podobné dokumenty
PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

1. Změřte voltampérovou charakteristiku vakuové diody (EZ 81) pomocí zapisovače 4106.

Praktikum II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Charakteristiky optoelektronických součástek

1. Stanovte a graficky znázorněte charakteristiky vakuové diody (EZ 81) a Zenerovy diody (KZ 703).

Praktikum II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

1. Změřte statickou charakteristiku termistoru pro proudy do 25 ma a graficky ji znázorněte.

Autor: Mgr. Lucia Klimková Název školy: Gymnázium Jana Nerudy, škola hl. města Prahy

Praktikum III - Optika

MĚŘENÍ POLOVODIČOVÉHO USMĚRŇOVAČE STABILIZACE NAPĚTÍ

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Úloha I.E... nabitá brambora

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jiří Kozlík dne:

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

Praktikum II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úloha č. 11. Název: Charakteristiky diod

MĚŘENÍ TRANZISTOROVÉHO ZESILOVAČE

Sada 1 - Elektrotechnika

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Praktikum III - Optika

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 11 Název: Dynamická zkouška deformace látek v tlaku

Praktikum III - Optika

Laboratorní práce č. 2: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Charakteristiky termistoru. stud. skup.

Elektronkový zesilovač

Studium kladného sloupce doutnavého výboje pomocí elektrostatických sond: jednoduchá sonda

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.IV

DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Praktikum IV

VY_32_INOVACE_06_III./2._Vodivost polovodičů

5.8 Jak se změní velikost elektrické síly mezi dvěma bodovými náboji v případě, že jejich vzdálenost a) zdvojnásobíme, b) ztrojnásobíme?

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Praktikum III - Optika

Fyzikální praktikum č.: 2

ELEKTRICKÝ PROUD V POLOVODIČÍCH

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

Elektronické praktikum EPR1

Fyzikální praktikum...

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Obrázek 1: Schematická značka polovodičové diody. Obrázek 2: Vlevo dioda zapojená v propustném směru, vpravo dioda zapojená v závěrném směru

I Mechanika a molekulová fyzika

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

Úloha č.: XVII Název: Zeemanův jev Vypracoval: Michal Bareš dne Posuzoval:... dne... výsledek klasifikace...

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Fyzikální praktikum...

Laboratorní úloha KLS 1 Vliv souhlasného rušení na výsledek měření stejnosměrného napětí

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úlohač.5 Název: Měření osciloskopem. Pracoval: Lukáš Ledvina

Měření VA charakteristik polovodičových diod

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Elektrická vodivost elektrolytů. stud. skup.

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, polovodiče

1. Změřte závislost indukčnosti cívky na procházejícím proudu pro tyto případy:

VLASTNOSTI POLOVODIČOVÝCH SOUČÁSTEK PRO VÝKONOVOU ELEKTRONIKU

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH, PLYNECH A POLOVODIČÍCH

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Voltův článek, ampérmetr, voltmetr, ohmmetr

Sestrojení voltampérové charakteristiky diody (experiment)

způsobují ji volné elektrony, tzv. vodivostní valenční elektrony jsou vázány, nemohou být nosiči proudu

- Stabilizátory se Zenerovou diodou - Integrované stabilizátory

Laboratorní práce č. 3: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

Praktikum II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Měření indexu lomu Jaminovým interferometrem

Měření charakteristik fotocitlivých prvků

Otázka č.4. Silnoproudé spínací polovodičové součástky tyristor, IGBT, GTO, triak struktury, vlastnosti, aplikace.

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Laboratorní úloha č. 1 Základní elektrická měření

1.5 Operační zesilovače I.

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově. 07_3_Elektrický proud v polovodičích

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jan Polášek stud. skup. 11 dne

4. STANOVENÍ PLANCKOVY KONSTANTY

Polovodiče typu N a P

Obrázek 1: Schema čtyřbodového zapojení (převzato z [1]) 2. Změřte odpor šesti drátů Wheatstoneovým a Thomsonovým můstkem Metra - MTW.

1. Změřit metodou přímou závislost odporu vlákna žárovky na proudu, který jím protéká. K měření použijte stejnosměrné napětí v rozsahu do 24 V.

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Studium harmonických kmitů mechanického oscilátoru

Úloha 1 Multimetr. 9. Snižte napájecí napětí na 0V (otočením ovládacího knoflíku výstupního napětí zcela doleva).

Fyzikální praktikum II

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Fotoelektrický jev a Planckova konstanta

Vyzařování černého tělesa, termoelektrický jev, závislost odporu na teplotě.

VOLTAMPÉROVÉ CHARAKTERISTIKY DIOD

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úlohač.10 Název: Hallův jev. Pracoval: Lukáš Ledvina

Praktikum III - Optika

Mikroelektronika a technologie součástek

Charakteristika fotovoltaického panelu, elektrolyzéru a palivového článku

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 6. Název: Měření účiníku. dne: 16.

Laboratorní práce č. 1: Regulace proudu a napětí

Studium fotoelektrického jevu

PRAKTIKUM IV Jaderná a subjaderná fyzika

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem je v tomto případě zenerova dioda její hodnoty jsou uvedeny v tabulce:

Ing. Stanislav Jakoubek

3. Zesilovače Elektrický signál

Fyzikální praktikum II

Datum tvorby

Polovodičové diody Definice

Elektrotechnická měření - 2. ročník

1. Určete proud procházející vodičem, jestliže za jednu minutu prošel jeho průřezem náboj a) 150 C, b) 30 C.

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřený předmětem jsou v tomto případě polovodičové diody, jejich údaje jsou uvedeny v tabulce:

Stopař pro začátečníky

Transkript:

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK Praktikum II Elektřina a magnetismus Úloha č. XI Název: Charakteristiky diod Pracoval: Matyáš Řehák stud.sk.: 13 dne: 17.10.2008 Odevzdal dne:... Hodnocení: Připomínky: kapitola referátu možný počet bodů udělený počet bodů Teoretická část 0-3 Výsledky měření 0-10 Diskuse výsledků 0-4 Závěr 0-2 Seznam použité literatury 0-1 Celkem max. 20 19 Posuzoval:... dne:...

Pracovní úkol 1. Změřte charakteristiky křemíkové (KY 721) a vakuové (EZ 81) diody pomocí zapisovače 4106. 2. Změřte charakteristiky Zenerovy diody (KZ 703) bod po bodu. 3. Určete její dynamický vnitřní odpor v propustném směru při proudu 200 ma a v závěrném směru pro proud 400 ma. 4. Určete odpovídající Zenerovo napětí při tomto proudu. 5. Pro tento proud (pracovní bod) zakreslete do grafu zatěžovací přímku pro napětí zdroje U 1 = 9 V. 6. Určete odpovídající stabilizační činitel. Teorie (viz. [1]) Vakuová dioda Je tvořena evakuovanou baňkou se dvěmi elektrodami, katodou a anodou. Z katody se žhavením emitují elektrony. Jejich zdrojem je vrstva obsahující oxidy barya, stroncia, nebo vápníku, která je u přímo žhavených katod nanesena na žhavící vlákno, u nepřímo žhavených na kovový váleček obsahující topné vlákno. Pokud mezi katodou a anodou není elektrické pole, na anodu se dostane velmi málo emitovaných elektronů, protéká proud řádově 10-5 až 10-4 A. Pokud na katodu připojíme kladné napětí a na anodu záporné, počet elektronů, které dorazí až na anodu se ještě zmenší a od určité hodnoty napětí je proud již neměřitelný. Pokud na anodu připojíme kladný a na katodu záporný pól napětí, elektrony jsou naopak urychlovány a tedy proud se mnohonásobně zvětší vůči proudu při nulovém napětí mezi elektrodami. Pro závislost proudu na napětí ve vakuu platí Langmuirův třípolovinový zákon: 3 / 2 I a = au a (1) kde a je konstanta závislá na geometrii elektrod. Polovodičová dioda Skládá se ze dvou částí s odlišným typem vodivosti (v části P pomocí kladných děr, v části N elektrony). Mezi těmito části je P-N přechod. Pokud je dioda zapojena v propustném směru, čili část P je připojena k +, je odpor o několik řádů menší než ve směru závěrném. Proto se polovodičových diod využívá pro usměrnění proudu. Usměrňovací schopnost je charakterizována usměrňovacím koeficientem η, který je definován vztahem: I p η =, (2) I z kde I p je proud tekoucí v propustném směru a I z v závěrném směru při stejné velikosti napětí. U křemíkových diod, které se nejčastěji používají, může tento poměr dosáhnout hodnoty až 10 8. Křemíková dioda je však použitelná do teploty asi 100 C, jelikož usměrňovací koeficient s růstem teploty značně klesá. U běžných polovodičových diod dochází po překročení určitého napětí k trvalému poškození P-N přechodu.

Zenerova dioda Voltampérovou charakteristiku Zenerovy diody je možno rozdělit na tři části: propustnou, závěrnou a průraznou (Zenerovu). Propustná a závěrná část je shodná s usměrňovací polovodičovou diodou, průrazné části dosáhneme překročením Zenerova napětí v závěrném směru. Zde dynamický odpor diody náhle poklesne o několik řádů. Pracovní bod Zenerovy diody volíme právě v této oblasti charakteristiky. Zenerovo napětí se udává pro pracovní bod doporučený výrobcem. Poloha pracovního bodu se předepisuje pomocí proudu I z, který se volí v rozmezí od 0,2I zm do I zm tak, aby ležel v lineární části průrazné oblasti. Proud I zm je určen maximálním ztrátovým výkonem diody. Zenerovy diody se používají zejména pro stabilizaci napětí v obvodech. Vlastnosti stabilizačního proudu se popisují především stabilizačním činitelem S u, který je definován jako poměr relativní změny vstupního napětí U 1 /U 1 k relativní změně výstupního napětí U 0 /U 0, tedy: S u U U 0 1 =. (3) 1 U U 0 a vnitřním odporem r i U I 0 =, (4) 0 který určuje závislost výstupního napětí na odebíraném proudu. Protože změnu napětí můžeme vyjádřit vztahem U 1 = R s I + Ir i, (5) lze na základě (3) a (4) psát pro stabilizační činitel: S u ( R + r ) I U ( R r ) U 0 s i z0 s + i = = &, (6) U r I 1 i U r 1 i kde R s je odpor rezistoru zapojeného do stabilizačního obvodu. Výsledky měření Charakteristiky vakuové a polovodičové diody Měřeno pomocí souřadnicového zapisovače. NA ose x bylo vynášeno napětí na diodě, na ose y napětí na odporu R. Měřítka grafů jsou určena nastavením zapisovače a výpočtem proudu pomocí Ohmova zákona při použití R = 1 Ω. Zapojení je na obr. 1. Obr. 1

Graf 1: Polovodičová dioda typ!

Graf 2: Vakuová dioda závěrný a propustný směr typ Charakteristika Zenerovy diody Zapojení viz. Obr. 2. Pro měření charakteristiky v propustném směru jsem použil zapojení s ampérmetrem před voltmetrem a pro charakteristiku v závěrném směru voltmetr před ampérmetrem. Obr. 2

Tab. 1: Proud a napětí v propustném směru U [mv] 565,6 646,8 680,1 699,0 704,3 715,6 722,2 I [ma] 1,0 9,0 25,0 45,0 54,0 76,0 94,0 σ U [mv] 0,6 0,6 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 σ I [ma] 0,0 0,1 0,3 0,5 0,5 0,8 0,9 U [mv] 727,9 736,1 744,4 750,9 759,6 763,5 I [ma] 110 142 180 218 290 330 σ U [mv] 0,7 0,7 0,7 0,8 0,8 0,8 σ I [ma] 1,1 1,4 1,8 2,2 2,9 3,3 Tab. 2: Proud a napětí v závěrném směru U [V] 2,190 2,780 3,021 3,413 3,643 3,872 4,065 I [µa] 1,00 1,50 2,00 3,00 4,00 5,00 7,00 σ U [V] 0,002 0,003 0,003 0,004 0,004 0,004 0,004 σ I [µa] 0,01 0,02 0,02 0,03 0,04 0,05 0,07 U [V] 4,385 4,631 4,782 4,999 5,212 5,355 5,562 I [µa] 8,50 11,50 14,00 18,50 25,50 31,50 44,50 σ U [V] 0,005 0,005 0,005 0,005 0,006 0,006 0,006 σ I [µa] 0,09 0,12 0,14 0,19 0,26 0,32 0,45 U [V] 5,613 5,703 5,773 5,875 5,964 6,070 6,125 I [µa] 49,0 57,0 65,0 79,0 94,0 115,0 130,0 σ U [V] 0,006 0,006 0,006 0,006 0,006 0,006 0,006 σ I [µa] 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,2 1,3 U [V] 6,223 6,336 6,450 6,510 5,578 6,603 6,666 I [µa] 165 215 295 355 440 450 600 σ U [V] 0,007 0,007 0,007 0,007 0,006 0,007 0,007 σ I [µa] 2 2 3 4 4 5 6 U [V] 6,760 6,809 6,825 6,843 6,868 6,887 6,897 I [ma] 1,35 3,00 4,55 7,40 16,80 28,50 40,00 σ U [V] 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 σ I [ma] 0,01 0,03 0,05 0,07 0,17 0,29 0,40 U [V] 6,906 6,941 6,959 6,977 7,025 7,062 7,075 I [ma] 51,5 118,0 160,0 186,0 280 380 400 σ U [V] 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 σ I [ma] 0,5 1,2 1,6 1,9 3 4 4 U [V] 7,080 7,125 7,205 7,265 I [ma] 440 560 830 930 σ U [V] 0,007 0,007 0,008 0,008 σ I [ma] 4 6 8 9

σ chyba přístroje 0,4 Graf 3: VA charakteristika v propustném směru 0,3 I [A] 0,2 0,1 0,0 0,5 0,6 U [V] 0,7 0,8 Graf 4: VA charakteristika v závěrném směru 0,0-10 -8-6 -4-2 U [V] 0-0,2 I [A] Zatěžovací přímka U = 9 V, I = 400 ma -0,4-0,6-0,8-1,0 Chybí rovnice zatěžovací přímky

Dynamický vnitřní odpor diody v propustném směru při 200 ma jsem určil lineární regresí ze tří hodnot v okolí tohoto bodu. R i = (0,19 ± 0,02) Ω. V závěrném směru při 400 ma je to (0,30 ± 0,02) Ω. Chyby pochází od přístrojů a od chyby regrese. Zenerovo napětí při proudu 400 ma je průsečíkem tečny k charakteristice v pracovním bodě s napěťovou osou. Dostávám U z = (6,9 ± 0,2) V. Pomocí vztahu (6) jsem určil stabilizační činitel jako (13,4 ± 1,3). Diskuse Charakteristika zaznamenaná zapisovačem odpovídá teoretickým předpokladům. Polovodičovou diodou neteče závěrném směru žádný měřitelný proud, vakuovou teče přibližně 0,9 ma při nulovém napětí. Charakteristika Zenerovy diody, měřená bod po bodu, rovněž odpovídá předpokladům. Při proudu 200 ma v propustném a 400 ma v závěrném směru jsem určil dynamický vnitřní odpor lineární regresí 3 okolních hodnot. Pouze přibližně lineární závislost má největší podíl na chybě jeho určení. Zenerovo napětí je spočteno s poměrně malou chybou, takže i zatěžovací přímka je určena relativně přesně. Stabilizační činitel není určen příliš přesně, neboť se do něj promítá množství chyb z veličin, ze kterých je počítán. Závěr Zaznamenal jsem VA charakteristiky polovodičové a vakuové diody zapisovačem do grafu 1 resp. 2. Charakteristika Zenerovy diody, měřená bod po bodu, je v grafech 3 a 4. Dynamický odpor diody v propustném směru při proudu 200 ma je (0,19 ± 0,02) Ω a v závěrném směru při proudu 400 ma (0,30 ± 0,02) Ω. Zenerovo napětí při tomto proudu je (6,9 ± 0,2) V. Stabilizační činitel S U = (13,4 ± 1,3). Literatura [1] R. Bakule, J. Šternberk: Fyzikální praktikum II., SPN, Praha