DIMP ­­- Prądowe włączanie i wyłączanie diody

CEL: Zapoznanie z procesem włączania i wyłączania diody oraz sposobem ustalania, na podstawie analizy tego procesu wartości wybranych parametrów charakteryzujących właściwości dynamiczne diody.

UWAGI DOTYCZĄCE OBSERWACJI PRZEBIEGÓW NA OSCYLOSKOPIE

1. Przebieg napięcia badanej diody -

Podłączyć wejście kanału A oscyloskopu z gniazdem BNC (WE A) układu pomiarowego (zapis w skrócie A ⇒ WE A). Przełącznik P3 w pozycji ON (zapis w skrócie P3 ⇒ ON) zwiera rezystor pomiarowy R_p (katoda badanej diody ma potencjał układu pomiarowego).

B. Przebieg prądu badanej diody -

Podłączyć oscyloskop B ⇒ WE B , przełącznik P3 ⇒ OFF. Pomiar prądu sprowadza się do pomiaru napięcia na rezystorze pomiarowym R_p. Amplitudę prądu oblicza się ze wzoru

, (B.1)

gdzie: - napięcie mierzone za pomocą oscyloskopu, R_p=100Ω - rezystor pomiarowy.

UWAGA: Zasady pomiarów oscyloskopowych zawarte są na końcu instrukcji.

PRZEBIEG ĆWICZENIA:

1. Prądowe włączanie i wyłączanie diody

1.1. Oględziny

Określić typ i zapoznać się z danymi katalogowymi diod wskazanych przez prowadzącego do badania (karty katalogowe diod znajdują się na końcu instrukcji).

1.2. Ustawienie parametrów przebiegu wymuszającego

Włączyć rezystancję R_g'=47kΩ (przełącznik P1 w pozycji 1). Przełącznik P2 ustawić w pozycji OFF w celu wyprostowania przebiegu z generatora przez diodę impulsową D_I. Ustawić za pomocą odpowiednich pokręteł generatora prąd o prostokątnym przebiegu, amplitudzie I=50μA i częstotliwości f=10kHz.

1.3. Pomiary

Na podstawie obserwacji przebiegu oscyloskopowego napięcia i prądu dla różnych wartości rezystancji R_g' przy niezmienionych nastawach generatora z punktu 1.2 zmierzyć:

• prądy I_d (mały poziom wstrzykiwania) albo I_d', I_d'' (duży poziom wstrzykiwania),

• napięcia U_d', U_d'', ΔU,

• spadek napięcia na warstwie zaporowej diody w stanie ustalonym U_reszt ,

• czas wyłączania diody t_wył (czas po którym napięcie na diodzie U_d = 0V) oraz czas Δt.

Wyniki pomiarów zapisać w tabeli 1.

UWAGA: Graficzne definicje mierzonych napięć U_d', U_d'', ΔU, U_reszt , prądów I_d , I_d', I_d'' oraz czasów t_wył , Δt w przypadku małego i dużego poziomu wstrzykiwania zawarte są w ANEKSIE na końcu instrukcji.

Tabela 1.

Typ diody ......
Rg' [kΩ]	Id [mA]	Id' [mA]	Id'' [mA]	Ud' [V]	Ud'' [V]	ΔU [V]	Uresz [V]	twył [ms]	Δt [ms]	typ poziomu wstrzykiwania^1)
47,0
5,1
1,3
0,1

Objaśnienie: 1) M - mały poziom wstrzykiwania, D - duży poziom wstrzykiwania.

Rys.1. Schemat układu pomiarowego D - badana dioda, DI − dioda impulsowa, Rp - rezystor pomiarowy100Ω/2, G - generator, P1, P2, P3 - przełączniki, R'g - rezystancja układu pomiarowego, O - oscyloskop

1.4. Obliczenia wybranych parametrów diod

Na podstawie wyników pomiarów zebranych w tabeli 1 obliczyć następujące parametry:

• wartość rezystancji szeregowej zmodulowanej i niezmodulowanej w zależności od poziomu wstrzykiwania ze wzorów

, (1.1)

, (1.2)

• wartość szybkości opadania ΔU/Δt przebiegu czasowego dla początkowego, prostoliniowego odcinka krzywej opadania,

• czas życia nośników mniejszościowych w bazie diody (metoda Giascoletto) ze wzoru

, (1.3)

gdzie: − potencjał elektrokinetyczny dla T=300K.

Wyniki obliczeń zapisać w tabeli 2.

Tabela 2.

Typ diody ......
Rg' [kΩ]	RSzmod [Ω]	RSnzmod [Ω]	ΔU/Δt [V/ms]	τp [ms]	typ poziomu wstrzykiwania^1)
47,0
5,1
1,3
0,1

Objaśnienie: 1) M - mały poziom wstrzykiwania, D - duży poziom wstrzykiwania.

1.5. Wykreślanie charakterystyk

Korzystając z pomiarów z punktu 1.3 wykreślić zależność . Na podstawie obliczeń z punktu 1.4 wykreślić charakterystykę .

Sprawozdanie powinno zawierać:

1. temat ćwiczenia laboratoryjnego,

2. skład grupy laboratoryjnej,

3. schemat układu pomiarowego,

4. dane katalogowe badanych diod,

5. wyniki pomiarów i obliczeń zapisane w tabelach,

6. charakterystyki oraz ,

7. wnioski dotyczące zmierzonych i obliczonych parametrów oraz otrzymanych charakterystyk,

8. oszacowanie dokładności stosowanej metody pomiarowej.

Wymagania:

• symbole, oznaczenia, charakterystyki i zastosowania diod impulsowych, Schotky'ego oraz pojemnościowych

• praca impulsowa złącza p-n,

• opis zjawisk charakteryzujących napięciowe i prądowe włączanie oraz wyłączanie diody,

• opis zjawisk charakteryzujących napięciowe i prądowe przełączanie diody,

• pojemność złączowa i dyfuzyjna diody,

• parametry charakteryzujące pracę dynamiczną diody (definicje i oznaczenia),

• czas życia nośników mniejszościowych w bazie diody,

• model małosygnałowy, liniowy złącza p-n,

• model nieliniowy złącza p-n.

Literatura:

1. Marciniak W. : „Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone” (rozdział 3.1). Warszawa, WNT 1987.

2. Rusek M., Pasierbiński J.: „Elementy i układy elektroniczne w pytaniach i odpowiedziach” (rozdział 4). Warszawa, WNT 1991.

3. Januszewski H., Świątek H.: „Diody i tyrystory w pytaniach i odpowiedziach”. Warszawa, WNT 1984.

4. Katalogi firmowe diod.

ANEKS

Rys.2. Przebieg sygnału napięciowego na diodzie przy włączaniu i wyłączaniu prądowym: a) mały poziom wstrzykiwania, b) duży poziom wstrzykiwania

Rys.3. Przebieg sygnału prądowego na diodzie przy włączaniu i wyłączaniu prądowym: a) mały poziom wstrzykiwania, b) duży poziom wstrzykiwania

Rys. 4. Typy sygnałów wymuszających: a) włączanie - 1, wyłączanie - 2, przełączanie - 3

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Zakład Telekomunikacji Optycznej i Fotoniki - Politechnika Szczecińska

1

___________________________________________________________________________

DIMP ­­- Prądowe włączanie i wyłączanie diody

dr inż. Mirosław Puc © e-mail: [e-mail]

---