Vypracoval protokol: INSTITUT FYZIKY Číslo pracoviště: Spolupracoval(i)při měřeí: Skupia: Fakulta: FMMI Laboratoř: F222 Měřeí voltampérové charakteristiky polovodičové diody Datum měřeí: Datum odevzdáí: Teplota v laboratoři: - Tlak v laboratoři: - I. Teoretická příprava I. Co je dioda, k čemu slouží polovodičová dioda? Dioda je elektrotechická součástka, která v elektrickém obvodu propouští elektrický proud pouze jedím směrem. Klasické diody - elektroky jsou des (až a výjimky) z moha praktických důvodů ahrazey polovodičovými součástkami. Polovodičová dioda je elektrotechická součástka, která má jede PN přechod. Podle typu kostrukce slouží diody k usměrňováí elektrického proudu (tj. k přeměě střídavého proudu a proud stejosměrý), ke stabilizaci elektrického apětí ebo k sigalizaci průchodu proudu. V techické praxi se užívá široké spektrum růzých typů diod. Dioda, jejíž VA charakteristiku studijě měříme, je germaiová dioda (GA203). Polovodičové diody GA20 Růzé jié typy diod. Běžé kostrukce diod. I. Co je voltampérová charakteristika diody, k čemu slouží? VA charakteristika diody je závislost proudu protékajícího diodou a apětí a této diodě, a to při kostatí teplotě diody. VA charakteristiku měříme ejprve ve směru propustém pro průchod proudu, potom změíme polaritu (apájecího zdroje ebo diody) a měříme ji ve směru závěrém pro průchod elektrického proudu. VA charakteristiky růzých typů diod jsou deklarováy v katalozích firem, protože mají především vypovídací hodotu o odporu daé diody za růzých apěťových a i teplotích podmíek. V grafu VA charakteristiky je apěťově proudová závislost v propustém směru zviditelěa v kvadratu, apěťově proudová závislost v závěrém směru je zviditelěa ve kvadratu téhož grafu.
VA charakteristika germaiové diody (GA203), kterou studijě měříme, je katalogově dáa výrobcem jako VA charakteristika polovodičové diody, tj. elieárí esouměrá. Pokud měřeí očekávaému průběhu eodpovídá, může jít o chybu techického charakteru ebo provozí chybu vziklou v průběhu vlastího měřeí (apř. špatě odečítáme hodoty z astaveých rozsahů měřicích přístrojů, špatě zapisujeme hodoty do tabulek ebo špatě vyášíme aměřeé hodoty do grafu, ať už ručě ebo pomocí tabulkového procesoru). Co se vývojového tredu týká, VA charakteristika polovodičové diody esmí být apř. elieárí souměrá, takovou charakteristiku vykazuje jiý polovodičový prvek, a to termistor (termistor je obecě polovodičová součástka, jejíž elektrický odpor závisí a teplotě; rozlišujeme 2 druhy termistorů: egastor, jehož odpor při ohřevu klesá a pozistor, jehož odpor při ohřevu roste). Teoreticky by ideálí dioda měla mít ideálí parametry: ulové prahové apětí, ekoečý maximálí proud v propustém směru, ulový dyamický odpor, ekoečé maximálí závěré apětí, ulový zbytkový proud. Prakticky dioda tyto ideálí parametry mít emusí ai přibližě, ejčastěji z toho důvodu, že byla jedorázově teplotě předimezováa ebo dlouhodobě amortizovaá. Když při měřeí dopustíme, aby byla překročea teplota ohřevu povoleá výrobcem, dioda je evratě poškozea, její dyamický odpor ezaedbatelě vzroste a VA charakteristika pak eodpovídá deklarovaému katalogovému průběhu. II. Sezam pomůcek Germaiová dioda (GA203) v olejové ádobce; apájecí zdroj TNG 245; miliampérmetr; mikroampérmetr; voltmetr; rezistor 100 Ω; rezistor 15 kω; poteciometr 100 Ω; poteciometr 22 kω; elektrický vařič; digitálí multimetr V 560 s teplotí sodou; kádika s vodou; vará kovička; 8 ks vodičů. III. Postup práce Polovodičová dioda má usměrňující účiek, její PN přechod způsobuje, že odpor v propustém směru je mohem meší ež ve směru závěrém. Proto obě části VA charakteristiky elze měřit v jedom obvodu a se srovatelými ochraými odpory! Měřeí VA charakteristiky je rozděleo a 2 dílčí měřeí, a to a měřeí v propustém směru a a měřeí v závěrém směru. Dioda je poořea do olejové lázě se zabudovaým teploměrem. Po provedeí obou měřeí za pokojové teploty tatáž měřeí zopakujeme při teplotě vyšší, přičemž olejovou lázeň s diodou ohřejeme elektrickým vařičem pouze a doporučeou teplotu.
III. Měřeí VA charakteristiky v propustém směru V propustém směru (tzv. zapojeí pro malý odpor) zapojíme polovodičovou diodu do obvodu apájeého 6 V stejosměrým elektrickým zdrojem. Toto apětí je regulováo poteciometrem (zapojeým v elektrickém obvodu jako dělič apětí, a to při maximálím odporu poteciometru 100 Ω). Dalšími prvky elektrického obvodu jsou kostatí ochraý odpor (rezistor 100 Ω), sériově zapojeý miliampérmetr a paralelě zapojeý voltmetr k měřeé diodě. Postupě měíme v ekvidistatích krocích jak apětí, tak i proud, přičemž čteme obě odpovídající si hodoty a zapisujeme je do tabulky při rostoucím a poté i klesajícím apětí (protože proud, který diodou prochází, ji současě zahřívá, hodoty proudu pro klesající apětí tedy emusí zcela přesě kopírovat odpovídající apěťově proudové hodoty v předcházející fázi měřeí; projevuje se tepelá setrvačost, pokud měříme velmi pomalu). Při kotrole správého zapojeí obvodu pozor a polaritu diody a zdroje: proud musí vstupovat do diody aodou! Schéma zapojeí: III. Měřeí VA charakteristiky v závěrém směru V závěrém směru (tzv. zapojeí pro velký odpor) zapojíme diodu do obvodu apájeého 35 V stejosměrým elektrickým zdrojem. Toto apětí je regulováo poteciometrem (zapojeým do obvodu jako dělič apětí, a to při maximálím odporu poteciometru 22 kω). Dalšími prvky elektrického obvodu jsou kostatí ochraý odpor (rezistor 15 kω), sériově zapojeý mikroampérmetr a paralelě zapojeý voltmetr (k měřeé diodě a mikroampérmetru). Postupě měíme v ekvidistatích krocích jak apětí, tak i proud, přičemž čteme odpovídající si hodoty a zapisujeme je do tabulky při rostoucím a poté i klesajícím apětí (proud, který diodou prochází, ji současě zahřívá, a proto hodoty proudu pro klesající apětí emusí zcela přesě kopírovat odpovídající apěťově proudové hodoty v předcházející fázi měřeí; projevuje se tepelá setrvačost, pokud měříme pomalu). Při kotrole správého zapojeí obvodu pozor a polaritu diody a zdroje: proud musí vstupovat do diody katodou! Schéma zapojeí: III. Měřeí VA charakteristiky při ohřevu VA charakteristiku polovodičové diody měříme za daé teploty. Měříme ji 2 krát, a to při pokojové teplotě 20 C a poté po ohřevu apř. při 35 C. Ohřev diody provedeme miimálě o 10 C až 15 C, aby odlišosti obou srovávaých VA charakteristik byly dobře graficky
odlišitelé. Avšak esmíme překročit povoleé teplotí amáháí diody GA203 do 40 C. Pokud a počátku měřeí vidíme, že při ulovém apájecím apětí (astaveém jezdcem reostatu = děličem apětí ebo přímou regulací apájecího zdroje) eí ulové až prahové (maximálě 0,3 V) apětí a diodě (měřeé voltmetrem) a současě vidíme odpovídající eulový proud (měřeý ampérmetrem), je třeba takovou poškozeou diodu vyměit za ovou, plě fukčí. IV. Vyhodocováí výsledků měřeí IV. Tabulka měřeí VA charakteristiky v propustém směru při teplotě t 1 = [ C] U p rostoucí I p rostoucí U p klesající I p klesající IV. Tabulka měřeí VA charakteristiky v závěrém směru při teplotě t 1 = [ C] U z rostoucí I z rostoucí U z klesající I z klesající IV. Tabulka měřeí VA charakteristiky v propustém směru při teplotě t 2 = [ C] U p rostoucí I p rostoucí U p klesající I p klesající
IV. Tabulka měřeí VA charakteristiky v závěrém směru při teplotě t 2 = [ C] U z rostoucí I z rostoucí U z klesající I z klesající IV. Přesost měřeí užitými přístroji Velikost absolutí ejistoty výsledku měřeí u x hodot daé měřeé fyzikálí veličiy X udává proceto p třídy přesosti z ejvyšší hodoty astaveého měřicího rozsahu M: M u x = p. 100 Třída přesosti voltmetru...; Třída přesosti miliampérmetru ; Třída přesosti mikroampérmetru.... V. Závěr Změřili jsme VA charakteristiku germaiové diody GA203 v zapojeí obvodu pro malý odpor a v zapojeí obvodu pro velký odpor - ad příloha protokolu, a to s absolutí ejistotou (typu B) výsledku měřeí: apětí...... ; proudu v propustém směru....; proudu v závěrém směru.... Na základě srováí výsledků měřeí s katalogovými průběhy hodotíme průběhy měřeých VA charakteristik diody kvalitativě jako: elieárě esouměré jié:.; kvatitativě jako: dostatečě přesé edostatečě přesé.