MĚŘENÍ POLOVODIČOVÝCH DIOD 201-3R

Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická Božetěchova 3, Olomouc Laboratoře elektrotechnických měření Název úlohy Číslo úlohy MĚŘENÍ POLOVODIČOVÝCH DIOD 201-3R Zadání 1. Multimetrem zkontrolujte prahové napětí U TO,MP, určete vývody anody a katody a zapojte do přípravku. 2. Změřte a na mm papír zakreslete voltampérové charakteristiky (dále jen VACH) daných diod v propustném směru až do příslušného maximálního proudu; z VACH stanovte prahové napětí U TO,ch při I F =1mA, které v charakteristice zaznačte. Z VACH odečtěte a graficky vyznačte katalogový údaj napětí v propustném směru U F. 3. Stanovte graficko-početní metodou velikost diferenciálního odporu diody r d při proudu I F =I FMAX. 4. Změřte a na mm papír nakreslete VACH v závěrném směru až do znatelného ohybu charakteristiky, maximálně však do závěrného napětí 70V. Z VACH odečtěte a graficky vyznačte katalogový údaj napětí v závěrném směru U R. 5. U všech měřených hodnot vypočítejte procetní chybu měření 6. Pomocí měřícího systému UNIMA změřte VACH daných diod v propustném i závěrném směru. Poř. č. Příjmení a jméno Třída Skupina Školní rok 2 BARTEK Tomáš S3 1 2009/10 Datum měření Datum odevzdání Počet listů Klasifikace příprava měření protokol 1 22. 4. 29. 4. 11 Protokol o měření obsahuje: Teoretický úvod Tabulky naměřených a vypočtených hodnot obhajoba Schéma Tabulka použitých přístrojů Postup měření Vzor výpočtu Grafy Závěr

Teoretický úvod: Polovodičová dioda se skládá ze dvou polovodičů jeden polovodič je typu N (katoda) a druhý polovodič je typu P (anoda). Na rozhraní polovodičů vznikne přechod PN, který v ideálním případě propouští proud pouze jedním směrem. Při přiložení určitého napětí (pro každou diodu platí jiné) se dioda otevírá a začíná vést proud. Tuto velikost napětí nazýváme prahové napětí U TO Obr. č. 1: Obecná VACH diody Tabulka č. 1: Katalogové údaje použitých diod označení diody specifikace I FMAX [ma] U F [V] U R [V] KA 206 křemíková spínací 75 < 1 při I F =10mA > 50 při I R =1µA L53GT LED zelená 40 < 0,4 při I F =20mA > 6 při I R =5µA L53IT LED červená 40 < 0,4 při I F =20mA > 6 při I R =5µA BAT 42 Shottky spínací 60 < 0,4 při I F =10mA > 60 při I R =2µA Výpočet diferenciálního odporu diody U F rd = [ Ω, V, A] (1) I F Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S3 Číslo protokolu: 201-3R List: 2/11

Schéma: Schéma č. 1: Měření prahového napětí U TO,MP Schéma č. 2: Měření VACH jednotlivých diod v propustném směru Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S3 Číslo protokolu: 201-3R List: 3/11

Schéma č. 3: Měření VACH jednotlivých diod v závěrném směru Schéma č. 4: Měření VACH jednotlivých diod pomocí systému UNIMA Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S3 Číslo protokolu: 201-3R List: 4/11

Tabulka použitých přístrojů: Tabulka č. 2: Použité přístroje Označení Evidenční Přístroj Typ v zapojení číslo Poznámka V ss voltmetr MY-64 0657 Chyba DCV: ±0,1% of rdg ± 3dgt, 4½ A ss ampermetr MY-64 0658 Chyba DCA: ±1,5% of rdg ±1dgt, 4½ OHM ohmmetr MY-64 0658 Chyba 2k-2MΩ: ±0,8% of rdg ± 2dgt, 3½ R1 dekáda XL6 0025 δ% = ±0,1% UNIMA měřící systém - - δ% = ±1,5% Postup měření: 1. Kontrola prahového napětí - Obvod jsme zapojili podle schématu č. 1 - Zkontrolovali jsme a zapsali hodnoty prahových napětí jednotlivých diod 2. Měření VACH jednotlivých diod v propustném směru - Obvod jsme zapojili podle schématu č. 2 - Změřili jsme jednotlivé VACH diod a vše zapsali do tabulky - Při proudu I F =1mA jsme změřili a zapsali U TO,ch - VACH jsme zakreslili na mm papír 3. Stanovení diferenciálního odporu - Pomocí vzorce č. 1 jsme vypočetli diferenciální odpory diod - Vše jsme zapsali do tabulky - Výpočet jsme naznačili v VACH jednotlivých diod 4. Měření VACH jednotlivých diod v závěrném směru - Obvod jsme zapojili podle schématu č. 3 - Změřili jsme a zapsali VACH v závěrném směru jednotlivých diod - Vše jsme zapsali do tabulky - VACH jsme zakreslili na mm papír a naznačili údaj U R 5. Výpočet procentních chyb - V manuálech jednotlivých přístrojů jsme vyhledali procentní chyby a vypočetli - Vše jsme zapsali do tabulky 6. Měření VACH pomocí systému UNIMA - Obvod jsme zapojili podle schématu č. 4 - Změřili jsme jednotlivé VACH diod - VACH jsme si uložili Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S3 Číslo protokolu: 201-3R List: 5/11

Tabulky naměřených a vypočtených hodnot: Tabulka č. 3: Měření prahových napětí U TO,MP Typ diody Prahové napětí U TO,MP [mv] δ %UT,MP [%] KA 206 618 ±0,800324 L53GT 1864 ±0,800107 L53IT 1762 ±0,800114 BAT 42 269 ±0,800743 Tabulka č. 4: Měření prahových napětí U TO,MP Typ diody Prahové napětí U TO,ch [V] δ %UT,ch [%] KA 206 0,62 ±1,123 L53GT 1,86 ±0,908 L53IT 1,75 ±0,914 BAT 42 0,28 ±1,514 Tabulka č. 5: Měření VACH jednotlivých diod v propustném směru I F [ma] U KA206 [V] δ %UKA206 [%] I F [ma] U L53GT [V] δ %UL53GT [%] 0,1 0,51 ±5,982 0,1 1,76 ±1,805 0,2 0,55 ±5,555 0,2 1,79 ±1,776 0,5 0,59 ±5,185 0,5 1,82 ±1,748 1 0,62 ±4,939 1 1,86 ±1,713 2 0,65 ±4,715 2 1,9 ±1,679 5 0,7 ±4,386 5 1,98 ±1,615 10 0,74 ±4,154 10 2,06 ±1,556 20 0,78 ±3,946 20 2,2 ±1,464 40 0,82 ±3,759 35 2,38 ±1,361 70 0,86 ±3,588 - - - I F [ma] U L53IT [V] δ %UL53IT [%] I F [ma] U BAT42 [V] δ %UBAT42 [%] 0,1 1,66 ±1,907 0,1 0,22 ±13,736 0,2 1,69 ±1,875 0,2 0,23 ±13,143 0,5 1,73 ±1,834 0,5 0,26 ±11,638 1 1,75 ±1,814 1 0,28 ±10,814 2 1,79 ±1,776 2 0,3 ±10,100 5 1,85 ±1,722 5 0,34 ±8,924 10 1,91 ±1,671 10 0,37 ±8,208 20 1,97 ±1,623 20 0,42 ±7,243 35 2,02 ±1,585 40 0,51 ±5,982 - - - 55 0,57 ±5,363 Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S3 Číslo protokolu: 201-3R List: 6/11

Tabulka č. 6: Měření VACH jednotlivých diod v závěrném směru I R,KA206 I R,L53GT U R,KA206 [V] [µa] δ %IR,KA206 [%] U R,L53GT [V] [µa] δ %IR,L53GT [%] 10 0-1 1 ±11,5 20 0-2 1 ±11,5 30 0-3 1 ±11,5 40 1 ±11,5 4 3 ±4,83 45 2 ±6,5 5 4 ±4 I R,L53IT I R,BAT42 U R,L53IT [V] [µa] δ %IR,L53IT [%] U R,BAT42 [V] [µa] δ %IR,BAT42 [%] 1 1 ±11,5 10 0-2 1 ±11,5 20 0-3 1 ±11,5 30 0-4 2 ±6,5 40 1 ±11,5 5 3 ±4,83 55 1 ±11,5 Tabulka č. 7: Diferenciální odpory jednotlivých diod Typ diody r d [Ω] KA 206 3,714 L53GT 15,714 L53IT 11,428 BAT 42 11,454 Vzor výpočtu: Velikost diferenciálního odporu vypočteme podle vztahu č. 1 r d U F 0,26 = = = 3, 714Ω I 0,07 F δ δ δ δ % UT, MP % UT, ch % UKA206 % IR, KA206 Chyby měřících přístrojů vyhledáme a vypočteme 0,002 = ± 0,8% ± 2dgt = ± 0,8% ± 100 = ± 0,800743% 618 0,03 = ± 0,1% ± 3dgt = ± 0,1% ± 100 = ± 1,123% 0,62 0,03 = ± 0,1% ± 3dgt = ± 0,1% ± 100 = ± 5,982% 0,51 0,0001 = ± 1,5% ± 1dgt = ± 1,5% ± 100 = ± 11,5% 1 Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S3 Číslo protokolu: 201-3R List: 7/11

Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S3 Číslo protokolu: 201-3R List: 8/11

Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S3 Číslo protokolu: 201-3R List: 9/11

Graf č. 9: VACH diody KA206 v propustném směru změřená pomocí programu UNIMA Graf č. 10: VACH diody L53GT v propustném směru změřená pomocí programu UNIMA Graf č. 11: VACH diody L53IT v propustném směru změřená pomocí programu UNIMA Graf č. 12: VACH diody BAT42 v propustném směru změřená pomocí programu UNIMA Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S3 Číslo protokolu: 201-3R List: 10/11

Graf č. 13: VACH diody L53IT v závěrném směru změřená pomocí programu UNIMA Závěr: a) Chyby měřících přístrojů V Procentní chyba měření byla maximálně ±13,736% A Procentní chyba měření byla maximálně ±11,5% OHM Procentní chyba měření byla maximálně ±0,800743% UNIMA Procentní chyba měření byla maximálně ±1,5% b) Zhodnocení - Prahové napětí diod bylo U TO,MP1 =618mV, U TO,MP2 =1864mV, U TO,MP3 =1762mV a U TO,MP4 =269mV. Prahové napětí U TO,MP nedosahovalo velké odchylky od U TO,ch. - VACH v propustném směru jsou zakresleny v grafech č. 1 až č. 4, jejich tvar nijak neodbočoval od normálu a prahové napětí se téměř shodovali se změřenými v předchozím bodě. - Jednotlivé velikosti diferenciálních odporů najdeme v tabulce č. 7 na 7. straně. Nejmenší diferenciální odpor r d měla dioda KA 206. V ideálním případě požadujeme r d =0Ω, čemuž se dioda KA 206 nejvíce blížila. - Jednotlivé VACH v závěrném směru najdeme v grafech č. 5 až č. 8. V grafech je zaznačen katalogový údaj napětí v závěrném směru U R. V našem měření jsme U R zmenšili, oproti katalogovému údaji, vždy o 5V. Na těchto velikostech U R jsme nedosáhli většího ohybu VACH. - Veškeré chyby měření jsou uvedeny v tabulkách č. 3 až č. 6. Největší chyby jsme se dopustili při měření závěrného proudu I R v závěrných VACH, která dosáhla až ±11,5% - VACH změřené pomocí měřícího systému UNIMA jsou uvedeny v grafech č. 9 až č. 13. VACH změřené pomocí UNIMY jsou téměř identické s VACH změřenými pomocí obyčejného postupu. Při měření VACH pomocí UNIMY jsme se dopustili maximálně ±0,1% chyby. Co mi vytkli: Mastné fleky na mm papíru (omylem jsem jej položil na buchtu) Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S3 Číslo protokolu: 201-3R List: 11/11