A8B32IES Úvod do elektronických systémů 29.10.2014 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
Kde nalezneme ekektronické prvky? Elektronický systém Integrovaný Diskrétní ½ Intel Xeon
Elektronický systém a jeho komponenty aktivní U 0 = I 0 U g m U pasivní R C L -t 0
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
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
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
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
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
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
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
Reálná Dioda
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 80 70 60 50 40 30 20 10 50 I R @U R =50V závěrný proud typicky na@t=300k 0 0.2 0.4 0.6 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 @ =50mA propustný úbytek 0.8 1.0 I R [ A]
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]
Dioda katalogový list U RRM Reverse Repetetive Maximum Voltage AV SM Forward AVerage Current Forward Surge Maximum Current I R Forward Voltage Reverse Current
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
Multimetry voltmetr, ohmmetr Přístroje používané v A8B32IES V, Ω V, Ω 16
Multimetry ampérmetr Přístroje používané v A8B32IES A A 17
Přípravek pro měření VA charakteristik diod volba diody volba odporu R x
Diody použité na přípravku TYP AV (ma) SM (A) MEZNÍ PARAMETRY U RRM (V) U RSM (V) Poznámka 1N4007 1000 40 1000 Křemíková usměrňovací dioda s pn přechodem. 10BQ040 1000 430 40 40 Schottkyho usměrňovací dioda ZD 3V3 Zenerova dioda 3.3 V LED IR 65 5 Infračervená GaAlAs svítivka LED RED 30 0.185 5 Červená InGaAlP svítivka LED YELLOW 30 0.175 5 Žlutá InGaAlP svítivka LED - BLUE 30 0.150 5 Modrá svítívka GaN na SiC
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
Měření statické VA charakteristiky diody R = 100 [ma] 14 U CC 12 10 8 6 4 U R 5 4 3 2 1 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 U CC = R + (1) = f( ) (2) A 0.2 0.4 0.6 0.8 K 1.0 I R [ A]
Dioda zapojená v lineárním obvodu / Nastavení pracovního bodu R = 100 [ma] 14 U CC 12 10 8 6 4 U R 5 4 3 2 1 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 U CC = R + (1) = f( ) (2) A 0.2 0.4 0.6 0.8 K 1.0 I R [ A]
Grafické řešení proud zdroje nakrátko U CC = R + [ma] 14 I k = U CC /R (2) = (U cc - )/R (1) GRAF rce (1) 12 10 8 6 4 (1) pracovní bod P 0 [o,o ] U R 5 4 3 2 1 2 0 0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.4 0.6 0.8 U CC = U n napětí zdroje naprázdno 1.0 I R [ A]
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
Přípravek pro měření VA charakteristik diod volba diody volba odporu R x
Zapojení pro měření VA charakteristik diod A U CC V R x A V U CC =15V R x =4k7
Zpracování výsledků list UF u vybraných diod doplnit naměřené souřadnice a pracovních bodů R x