ĆWICZENIE 19
BADANIE CHARAKTERYSTYKI DIODY PÓA
PRZEWODNIKOWEJ
Opis układu pomiarowego
Ćwiczenie wykonywane jest ze wskazaną przez wykładowcę diodą w dwóch różnych
układach pomiarowych służących do mierzenia charakterystyki I - U w kierunku
przewodzenia i zaporowym. W obydwu układach wykorzystuje się te same elementy obwodu:
zasilacz, badanÄ… diodÄ™, woltomierz cyfrowy, amperomierz oraz rezystor zabezpieczajÄ…cy R .
z
Pomiar charakterystyki I - U diody w kierunku przewodzenia przeprowadza się w układzie
pomiarowym przedstawionym na rysunku a).
W tym układzie pomiarowym amperomierz wskazuje sumę prądów płynących w diodzie i
przez woltomierz. Rezystancja wewnętrzna woltomierza cyfrowego jest znacznie większa w
ĆWICZENIE 19
porównaniu z małą rezystancją diody spolaryzowanej w kierunku przewodzenia, a więc prąd
płynący przez woltomierz jest znacznie mniejszy niż prąd płynący przez diodę. W ten sposób
amperomierz praktycznie mierzy prąd płynący przez diodę.
Pomiar charakterystyki diody w kierunku zaporowym przeprowadza się w układzie
pomiarowym przedstawionym na b).
W tym układzie pomiarowym woltomierz wskazuje sumę napięć na diodzie i na
amperomierzu. Ponieważ rezystancja wewnętrzna amperomierza jest bardzo mała w
porównaniu z rezystancją diody spolaryzowanej zaporowo, spadek napięcia na amperomierzu
można pominąć w porównaniu ze spadkiem napięcia na diodzie i praktycznie woltomierz
wskazuje napięcie na diodzie.
Przeprowadzenie pomiarów
A. Pomiar charakterystyki diody w kierunku przewodzenia
1.Zmontować obwód według schematu na rysunku a).
2.Ustawić amperomierz i woltomierz na największy zakres.
3.Na zasilaczu ustawić najmniejsze możliwe napięcie tj. 0,1 V, następnie włączyć zasilacz.
4.Ustawić na woltomierzu na zakres 1 V.
5.Wykonać pomiary natężenia prądu dla napięć od 600 mV do 900 mV co 20 mV. Przed
każdym kolejnym zwiększeniem napięcia zwiększyć zakres amperomierza o jedną pozycję od
uprzednio stosowanej. Podczas wykonywania pomiarów napięcie na diodzie stopniowo
zwiększać regulując napięcie wyjściowe zasilacza, następnie dobrać odpowiedni zakres na
amperomierzu.
B. Pomiar charakterystyki diody w kierunku zaporowym
1.Zmontować obwód według schematu na rysunku b).
2.Ustawić na woltomierzu zakres 100 V, a na amperomierzu największy zakres.
3.Na zasilaczu ustawić możliwie najmniejsze napięcie tj. 0,1 V, następnie włączyć zasilacz.
4.Wykonać pomiary natężenia prądu dla napięć: 0,5, 1, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25,
30, 35, 40, 45, 50 V. Napięcie ustawiać regulując napięciem wyjściowym zasilacza.
ĆWICZENIE 19
Opracowanie wyników pomiarów
1.Na podstawie wyników pomiarów wykreślić na oddzielnych arkuszach charakterystyki
prądowo  napięciowe diody dla kierunku zaporowego oraz dla kierunku przewodzenia
odpowiednio dobierając skalę dla osi prądu i napięcia. Na wykresy nanieść punkty
pomiarowe i ich niepewności.
2.Wyznaczyć rezystancje różniczkowe diody dla wybranych dwóch napięć dla kierunku
zaporowego i dwóch napięć dla kierunku przewodzenia. W tym celu narysować styczne w
odpowiednich punktach charakterystyki.
3.Wyznaczyć wielkoÅ›ci fizyczne I i ² oraz ich niepewnoÅ›ci charakteryzujÄ…ce zÅ‚Ä…cze p-n na
S
ln I = f (U )
bazie pomiarów wykonanych w kierunku przewodzenia wykreślając zależność .
Zwrócić szczególną uwagę na to, aby oś ln I przechodziła przez punkt U = 0.
ëÅ‚ öÅ‚
e
ln I = ìÅ‚ ÷Å‚ U + ln IS
Zależność gdzie: I  tzw. prąd nasycenia, e  ładunek elementarny,
s
ìÅ‚ ÷Å‚
² k T
íÅ‚ Å‚Å‚
k  stała Boltzmanna, ma charakter liniowy. Metodą najmniejszych kwadratów wyznaczyć
parametry prostej y = ax + b :
n n n n n n n
xi yi - n (xi yi ) xi xi yi - yi xi2
" " " " " " "
i= 1 i= 1 i= 1 i=1 i=1 i=1 i=1
a = b =
2 2
n n n n
ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚
ìÅ‚ ÷Å‚ - n xi2 xi
ìÅ‚ ÷Å‚ - n xi2
xi
" " " "
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
íÅ‚ i= 1 Å‚Å‚ i= 1 íÅ‚ i=1 Å‚Å‚ i=1
n
n
xi2
1 n
2 "
n
à = µ
1
" i
a 2 i= 1
2
n - 2 n n à = µ
" i
i= 1 ëÅ‚ öÅ‚ b
2
n - 2 n n
n xi2 - ìÅ‚ ÷Å‚
xi i= 1 ëÅ‚ öÅ‚
" "
ìÅ‚ ÷Å‚
n xi2 - ìÅ‚ ÷Å‚
xi
" "
i= 1 íÅ‚ i= 1 Å‚Å‚
ìÅ‚ ÷Å‚
i= 1 íÅ‚ i= 1 Å‚Å‚
n n n n
2
µ = yi2 - a xi yi - b yi .
gdzie
" i " " "
i=1 i=1 i=1 i=1
4.Porównać wartość I otrzymaną w punkcie 3 z charakterystyką I  U diody w kierunku
S
zaporowym.
Zestawić wyniki, przeanalizować uzyskane rezultaty (także wykresy), wyciągnąć wnioski.
Stwierdzić czy cele ćwiczenia:
" wyznaczenie parametru I ;
S
" wyznaczenie parametru ²;
" określenie charakterystyki prądowo-napięciowej diody;
zostały osiągnięte.