Sprawozdanie Fizyka 3.3

Michał Trzciński
Marcin Dobrowolski

Data wykonania ćwiczenia: 03.04.2014

Grupa nr 3

Ćwiczenie numer 3

Tytuł: Dioda Zenera

1. Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z zasadą działania diody Zenera, wyznaczenie jej charakterystyki statycznej, napięcia wbudowanego oraz napięcia Zenera.

2. Wyniki pomiarów i tabele:

   1. Metoda punkt po punkcie

      • Zakres pomiarów:

1 μA -10 μA co 1μA
10 μA- 100 μA co 10 μA
100 μA - 1000 μA co 100 μA
1 mA - 30 mA co 2 mA
30 mA do 50 mA co 3 mA
50 mA do max co 5mA

• Wyniki pomiarów oraz niepewność pomiarowa dla diody nr2:

kierunek przewodnictwa	kierunek zaporowy
I[μA]	I[A]
1	0,000001
2	0,000002
3	0,000003
4	0,000004
5	0,000005
6	0,000006
7	0,000007
8	0,000008
9	0,000009
10	0,00001
20	0,00002
30	0,00003
40	0,00004
50	0,00005
60	0,00006
70	0,00007
80	0,00008
90	0,00009
100	0,0001
200	0,0002
I[μA]	I[A]
300	0,0003
400	0,0004
500	0,0005
600	0,0006
700	0,0007
800	0,0008
900	0,0009
1000	0,001
I[mA]
3	0,003
5	0,005
7	0,007
9	0,009
11	0,011
13	0,013
15	0,015
17	0,017
19	0,019
21	0,021
23	0,023
25	0,025
27	0,027
29	0,029
31	0,031
34	0,034
37	0,037
40	0,04
43	0,043
46	0,046
49	0,049
55	0,055
60	0,06
65	0,065
70	0,07
75	0,075
80	0,08
85	0,085
90	0,09
95	0,095
100	0,1
104,5	0,1045

• Wyniki pomiarów dla diody prostowniczej:

kierunek przewodnictwa	kierunek zaporowy
I[μA]	U[V]
1	0,066
2	0,082
3	0,092
4	0,101
5	0,106
6	0,111
7	0,116
8	0,120
9	0,123
10	0,126
20	0,143
30	0,155
40	0,165
50	0,169
60	0,174
70	0,179
80	0,183
90	0,186
100	0,190
200	0,208
300	0,222
400	0,230
500	0,237
600	0,243
700	0,248
800	0,253
900	0,257
1000	0,261
I[mA]
3	0,311
5	0,346
7	0,374
9	0,401
11	0,426
13	0,450
15	0,474
17	0,496
19	0,520
21	0,540
23	0,560
25	0,577
27	0,592
29	0,605
31	0,616
34	0,629
I[μA]	U[V]
40	0,651
43	0,659
46	0,666
49	0,672
55	0,683
60	0,691
65	0,698
70	0,704
75	0,709
80	0,714
85	0,718
90	0,722
95	0,726
100	0,729
106,1	0,733

• Wykres porównujący charakterystyki prądowo napięciowe dla diody Zenera oraz prostowniczej

• Wykres charakterystyki diody Zenera z napięciem progowym U_zk oraz napięciem Zenera U_z wraz z minimalnym prądem wstecznym I_z

Uz=	-2,542	Iz=	-45	mA
Uzk =	-2,105	Izk=	-11	mA

1. Przykładowe obliczenia i wzory:

   1. Rezystancja statyczna oraz dynamiczna:

• Dla napięcia i prądu Zenera:

$R_{s} = \ \frac{U_{z}}{I_{z}} = \ \frac{- 2,542}{- 0,045} =$56,492Ω

$R_{z} = \frac{\text{ΔU}_{z}}{\text{ΔI}_{z}} = \frac{U_{z} - U_{\text{zk}}}{I_{z} - I_{\text{zk}}} = \frac{- 2,542 - 2,105}{- 45 - 11} =$12,857 Ω

• Rezystancja statyczna dla 10 pomiarów Iε(-5. -50)mA:

lp	Iz [mA]	Uz [V]	Rs [Ω]
1	-5	-1,887	377,400
2	-9	-2,050	227,778
3	-15	-2,198	146,533
4	-21	-2,302	109,619
5	-25	-2,358	94,320
6	-29	-2,404	82,897
7	-34	-2,457	72,265
8	-40	-2,511	62,775
9	-46	-2,556	55,565
10	-49	-2,577	52,592

1. Metoda Oscyloskopowa:

   • Oscylogram:

1 działka pionowa to 1V; 1 działka pozioma to 0,2ms

$${U_{\text{wej}} = 3,5V,\ R = 1k\Omega}{\frac{U_{\text{wy}}}{16} = \frac{U_{\text{wej}}}{17,5}\ \rightarrow U_{\text{wy}} = \frac{U_{\text{wej}} \bullet 16}{17,5} = 3,2V}{I_{D} = \frac{U_{\text{wy}}}{R} = 30,0032A}{U_{d} = U_{\text{wej}} - U_{\text{wy}} = 0,3V}$$

1. Wnioski końcowe:

   1. W kierunku przewodnictwa dioda Zenera zachowuje się tak samo jak dioda prostownicza, jednak w kierunku zaporowym, gdy napięcie przekroczy pewną charakterystyczną wartość dla danego złącza obserwuje się przewodzenie prądu przez diodę(prąd wsteczny), jest to spowodowane domieszkowaniem materiału, z którego dioda została wykonana .

   2. Rezystancja statyczna jest kilkukrotnie większa od rezystancji dynamicznej oraz rezystancja statyczna maleje wraz z wzrostem napięcia lub natężenia.

   3. W metodzie oscyloskopowej obserwuje się charakterystykę prądowo napięciową w obydwu kierunkach polaryzacji jednocześnie, dzięki czemu obserwacja niektórych charakterystycznych (np. Amplituda napięcia) wielkości jest bardzo prosta, jednak dokładność jest bardzo niska.