Diody półprzewodnikowe, Wydzia�

	Laboratorium Elektroniki
	Diody p�przewodnikowe

1.Wstp

Celem wiczenia jest poznanie zdejmowania charakterystyk statycznych i dynamicznych diod p�przewodnikowych oraz sposob�w okrelenia ich parametr�w statycznych i dynamicznych. W celu otrzymania statycznych charakterystyk prdowo-napiciowych przyrzd�w p�przewodnikowych naley zastosowa jedn z dw�ch metod pomiarowych, kt�rymi s:

— metoda ''punkt po punkcie'',

— metoda impulsowa (oscyloskopowa).

2.Zdejmowanie charakterystyk diod metod impulsow.

Metoda impulsowa zwana r�wnie oscyloskopow pozwala na szybkie wyznaczanie charakterystyk statycznych danego przyrzdu w postaci obrazu na ekranie oscyloskopu. Impulsowy przebieg napicia podaje si r�wnoczenie na badany przyrzd i do ukadu odchylania poziomego. do ukadu odchylania pionowego doprowadza si napicie proporcjonalnie do prdu przepywajcego przez badany przyrzd. Budujemy ukad do zdejmowania charakterystyk statycznych diod:

0x01 graphic

Dioda : BA 159

0x01 graphic

Jest to dioda przeczajca, krzemowa. Parametry dopuszczalne to U_R=1000V, I_F=400mA. Parametry charakterystyczne U_F=1.3V przy I_F=1mA oraz I_R=0.005A przy U_R=1000V. Zastosowana do szybkich prostownik�w.

Dioda :BAT 43

0x01 graphic

Jest to dioda przeczajca, krzemowa.

Dioda :CQYP 40A

0x01 graphic

Dioda luminescencyjna koloru �tego, wykonana z arsenku galu, jest to element do zastosowa profesjonalnych.

Dioda :CQYP 33B

0x01 graphic

Dioda luminescencyjna koloru czerwonego, wykonana z fosforu galu. Do zastosowa profesjonalnych.

Dioda :DZG 4

0x01 graphic

Dioda prostownicza germanowa produkcji polskiej. Parametry graniczne : U_RWM=200V, I_FSM=0.9A, t_j=75�C. Parametry charakterystyczne U_F=0.5V przy I_F=0.3A i I_r=0.5mA przy U_R=200V.

3.zdejmowanie charakterystyki diody w kierunku zaporowym.

Do wiczenia uyto diod o symbolu BZ 683 C3V3.Na wykresie przedstawiono charakterystyk zdjt z oscyloskopu:

0x01 graphic

Ukad do zdejmowania charakterystyk diod w kierunku zaporowym:

0x01 graphic

Parametry katalogowe diody BZ 683 C 3V3 :

U_z=3.1�3.5V przy I_Z=5mA,

P_AD=400mW , r_Z=100.

Do pomiar�w obliczono warto prdu w kierunku zaporowym z zalenoci:

, napicie Zenera przyjto U_Z=3.3V.

Tabela pomiarowa:

Iz [mA]	Uz [V]
121	4.23
96.8	4.18
5	3.19
1.2	2.61
0.2	1.64
0.002	0.8

0x01 graphic

Na podstawie odczytanych pomiar�w wykrelono charakterystyk w kierunku zaporowym.

0x01 graphic

4.zdejmowanie charakterystyki w kierunku przewodzenia.

Do wiczenia uyto diod o symbolu BYP 401-50. Parametry katalogowe diody to:

Up=1.1 V, Ip=1A.

Schemat ukadu:

0x01 graphic

Tabela pomiarowa:

Up [V]	Ip [mA]
0	0
0.523	1.2
0.662	19.2
0.701	39.2
0.722	59.3
0.746	89.3
0.914	995

0x01 graphic

Na podstawie pomiar�w wykrelono charakterystyk:

0x01 graphic

5.wnioski.

Metoda impulsowa jest powszechnie stosowana w pomiarach masowych np.przy produkcji element�w p�przewodnikowych. dokadno tej metody jest gorsza od dokadnoci metody ''punkt po punkcie'', ale jej jest szybko oceny przydatnoci element�w. Pozwala ona r�wnie zaobserwowa zmiany charakterystyk pod wpywem zmiany temperatury, natenia pola elektromagnetycznego i innych. W drugiej czci wiczenia zastosowano metod ''punkt po punkcie''. Metoda ta jest bardzo pracochonna, zapewnia jednak dokadno, kt�ra zaley przede wszystkim od klasy miernik�w pomiarowych. Wad tej metody jest niemono uzyskania charakterystyki w zakresie duych napi i prad�w. Wynika to z faktu nagrzewania si danego elementu p�przewodnikowego, co w spos�b zasadniczy zmienia charakterystyk. Grozi to r�wnie uszkodzeniem elementu badanego.

Charakterystyczne parametry diod to:

U_RG- graniczna warto napicia przy polaryzacji w kierunku zaporowym, przy napiciu tym nastpuje praktycznie przebicie diody,

U_RD- dopuszczalne napicie w kierunku zaporowym, okrela si je najczciej jako 0.8U_RG,

I_F- warto prdu pyncego przez diod przy polaryzacji w kierunku przewodzenia,

I₀ - dopuszczalny prd redni diody przy polaryzacji w kierunku przewodzenia,

I_F11 - dopuszczalny prd szczytowy przy polaryzacji w kierunku przewodzenia,

R_P - oporno statyczna w danym punkcie pracy P przy polaryzacji w kierunku przewodzenia,

r_d - oporno dynamiczna w danym punkcie pracy przy polaryzacji w kierunku przewodzenia,

opr�cz tych podstawowych diod charakteryzuj jeszcze takie parametry jak: pojemno zczowa diody (C_T), czstotliwo graniczna (f_gr), dopuszczalna temperatura zcza (T_jd), op�r cieplny diody (K[C/W]) zaley od sposobu chodzenia, moc admisyjna (P_ad).

Diody charakteryzuje zcze tzw. cisy styk dw�ch kryszta�w ciaa staego. Rozr�niamy dwa rodzaje zczy p�rzewodnik-p�przewodnik i metal-p�rzewodnik (stosowany w diodzie Schottky'ego, kt�re charakteryzuj si du szybkoci przeczania). Na poczeniu dw�ch warstw tworzy si warstwa zaporowa, kt�ra w zalenoci od kierunku polaryzacji zwiksza si lub zmniejsza. prdy dyfuzyjne dziur I_PD i elektron�w I_ND s proporcjonalne do gradientu koncentracji domieszek. Wysoko bariery, a wic r�nica potencja�w nazywamy napiciem dyfuzyjnym

Dla zczy krzemowych U_D=0.6�0.8V, a dla germanowych U_D=0.2�0.3V i zmienia si wraz ze wzrostem temperatury o okoo 2.3mV/k. Innym charakterystycznym parametrem jest potencja termodynamiczny U_T=kT/q i wynosi dla T=300K ok. 26mV.

Przy polaryzacji wstecznej elektrony o duej energii przechodz do pasma przewodnictwa, ulegaj przyspieszaniu co w kocowej fazie prowadzi do zniszczenia termicznego zcza. Wydziela si przy tym duy prd jonizacji.

Przejciem tunelowym (zjawiskiem Zenera) nazywamy zjawisko przy kt�rym elektrony przechodz z pasma do pasma bez zmiany energii. Zjawisko to znalazo zastosowanie w stabilizatorach napicia.

Jeeli diody pracuj w zakresie duych czstotliwoci to due znaczenie odgrywa pojemno zczowa C_t i pojemno dyfuzyjna C_d zalena od kierunku polaryzacji

gdzie Co przy U=0, a m=0.33�0.5.

Ze wzgldu na spos�b domieszkowania i wykonania rozr�niamy diody epitaksjalno-polarne i diody ostrzowe o maej powierzchni zcza rzdu (10^-3�10^-4mm²). Stosowane s przy wielkich czstotliwociach.

Ze wzgldu na zastosowanie rozr�niamy diody prostownicze, uniwersalne kt�re stosuje si g�wnie w ukadach detekcyjnych, prostowniczych maej mocy i ogranicznikach. Diody impulsowe stosowane s jako przeczniki. Charakteryzuj si ma rezystancj w kierunku przewodzenia i du w kierunku zaporowym. W diodach pojemnociowych wykorzystuje si zmiany pojemnoci zcza pod wpywem napicia. W takich diodach dy si do jak najwikszego wsp�czynnika przestrojenia Ko=C_{t max}/C_{t min} , wanym parametrem jest czuo =1/C_t *dC_t /dU. Stosuje sieje w ukadach automatycznego dostrajania, powielania, modulacji czstotliwoci.

Diody luminescencyjne stosowane s jako sygnalizatory, charakteryzuj si duym napiciem przebicia w kierunku przewodzenia. Mona to zauway na charakterystykach oscyloskopowych por�wnujc z innymi diodami. wiczenie to pozwolio na poznanie charakterystyk statycznych diod i por�wnanie ich.