Zakład Energoelektroniki i Sterowania	Elektronika Analogowa i Cyfrowa
Nazwisko i imię: Jędrzej Kozerawski				Semestr: 4	Wydział: BMiZ	Kierunek: Mechatronika		Grupa dziek./lab: 2/1
Temat ćwiczenia: Dioda - parametry, charakterystyki i jej zastosowanie
Data wykonania ćwiczenia: 02.03.2012r.			Data i podpis prowadzącego:				Ocena:

1. Charakterystyka I=f(U) dla krzemowej diody prostowniczej w kierunku przewodzenia:

Wyniki pomiarów:

U [V]	I [mA]
0,606	1,344
0,627	2,070
0,668	4,900
0,680	6,380
0,691	8,100
0,700	10,000
0,709	12,010
0,714	13,620

Przedstawienie pomiarów na wykresie w postaci charakterystyki I=f(U):

Maksymalny płynący przez naszą diodę prąd wynosił niecałe 14mA co jest spowodowane jedynie ograniczeniem wielkości podawanego na wejście napięcia (ograniczenie ze strony źródła napięcia stałego, którego U_max=15V). Z tego powodu nie wiadomo dokładnie ile wynosi prąd I_Fmax, dzięki któremu moglibyśmy dokładnie określić wartość prądu przewodzenia I_F=0,1* I_Fmax, a dzięki czemu określić również dokładnie napięcie przewodzenia U_Fp. Jednak z wykresu można odczytać, że z pewnością napięcie przewodzenia badanej diody krzemowej mieści się w przyjmowanych granicach (0,6-0,8V) i może być ustalone w pobliżu wartości U_Fp = 0,65 V, której odpowiadałby prąd przewodzenia I_F = 3 mA.

Przedstawienie pomiarów na wykresie o skali logarytmicznej:

2. Charakterystyka I=f(U) dla diody elektroluminescencyjnej LED w kierunku przewodzenia:

Wyniki pomiarów:

U [V]	I [mA]
1,10	0,001
1,84	0,560
1,87	1,070
1,91	2,240
1,95	3,630
2,04	6,960
2,11	9,930
2,17	12,310

Przedstawienie wyników pomiarów na wykresie w postaci charakterystyki I=f(U):

Maksymalny płynący przez naszą diodę prąd wynosił 12 mA co jest spowodowane jedynie ograniczeniem wielkości podawanego na wejście napięcia (ograniczenie ze strony źródła napięcia stałego, którego U_max=15V). Z wykresu można wyraźnie odczytać nagły skok wartości prądu od wartości bliskiej zeru (zagięcie charakterystyki) spowodowane przekroczeniem napięcia przewodzenia badanej diody LED. Napięcie przewodzenia tej diody wynosi około U_Fp = 1,8 V. Po przekroczeniu tego napięcia następuje bardzo szybki, lecz nieco mniejszy niż w przypadku krzemowej diody prostowniczej, wzrost wartości prądu.

Przedstawienie wyników pomiarów na wykresie o skali logarytmicznej:

3. Prostownik jednopołówkowy

Z przebiegu zarejestrowanego na oscyloskopie widać, że sinusoidalne napięcie wejściowe (kanał 1 - przebieg górny), po przejściu przez prosty prostownik jednopołówkowy oparty na jednej diodzie prostowniczej jest zmienione i otrzymujemy na wyjściu (kanał 2 - dolny przebieg) napięcie w połowie wyprostowane. Oznacza to, że dodatnie połówki sinusoidy zostały przepuszczone przez diodę, gdyż prąd przepływał w kierunku przewodzenia diody, a w czasie gdy napięcie zmieniało swój znak na ujemny i prąd zmieniał swój kierunek na przeciwny i natrafiał na diodę spolaryzowaną zaporowo - prąd nie został przepuszczany i napięcie wyniosło 0 (płaskie odcinki na przebiegu).

4. Prostownik dwupołówkowy z transformatorem o oddzielnym uzwojeniu wtórnym (transformator z odczepem)

W tym przypadku widać, że sinusoidalny przebieg wejściowy (kanał 1) jest już na wyjściu (kanał 2) przepuszczony w całości bez tak długich przerw w płynięciu prądu. Amplituda napięcia wyjściowego jest tak mała ze względu na zmniejszenie się napięcia już po przejściu przez transformator (przez każdą połówkę okresu prąd płynie tylko przez jedną połówkę transformatora przez co zmniejsza się jego przekładnia).

5. Prostownik dwupołówkowy - mostek Graetz'a

W tym przypadku widać, że sinusoidalny przebieg wejściowy (kanał 1) jest już na wyjściu (kanał 2) przepuszczony w całości bez tak długich przerw w płynięciu prądu. Płaskie odcinki pomiędzy sąsiednimi połówkami wyprostowanej sinusoidy są spowodowane spadkami napięcia na diodach. Do zadziałania układu potrzebne jest przyłożenie napięcia co najmniej 1,2 V, gdyż napięcie musi przewyższać spadki napięć na obu diodach przewodzących.

6. Filtr i stabilizacja napięcia

Jest to dalej układ prostowniczy z wykorzystaniem mostka Graetz'a, lecz dodatkowo do obciążenia dodano równolegle dwa kondensatory oraz diodę Zenera spolaryzowaną zaporowo. Na początku włączono jeden kondensator o małej pojemności, którego to pojemność była zbyt mała, żeby sprawnie zrekompensować spadki napięcia wyjściowego. Dopiero włączenie równolegle drugiego kondensatora o większej pojemności (pojemności kondensatorów połączonych równolegle dodaje się) spowodowało efekt widziany na przebiegu jak na zdjęciu powyżej. Kondensator jest urządzeniem gromadzącym energię w polu elektrycznym i ładuje się w momencie, w którym napięcie rośnie, natomiast gdy ono spada - rozładowuje się zmniejszając różnicę napięć, a przez to zbliżając nasze napięcie wyjściowe coraz bardziej do napięcia stałego. Po włączeniu w obwód diody Zenera spolaryzowanej zaporowo przebieg nie zmienił się - napięcie wyjściowe było w takim razie mniejsze od napięcia Zenera. W tym wypadku zmiana drobne zmiany napięcia nie wpływają na wartość prądu płynącego przez diodę w kierunku zaporowym. Gdyby wartość napięcia przekroczyła wartość napięcia Zenera to zmiany napięcia byłyby niewielkie nawet przy dużych zmianach prądu (stabilizacja napięcia). Spowodowałoby to zmniejszenie tętnień napięcia wyjściowego, gdyż zmiany wartości płynącego prądu (rozładowywanie się kondensatora, a przepływ prądu ze źródła) powodowałyby mniejsze zmiany napięcia, a to przybliżyłoby nas jeszcze bardziej do przebiegu napięcia stałego na wyjściu.

Schemat:

W pierwszej połówce okresu prąd przepływa przez diodę D1 następnie przepływa przez obciążenie R i wraca do źródła napięcia przemiennego poprzez diodę D4. Po odwróceniu biegunów (w drugiej połówce okresu) prąd płynie poprzez diodę D2, przepływa przez obciążenie R i wraca do źródła napięcia przemiennego poprzez diodę D3. W przewodach doprowadzających do źródła napięcia prad płynie w dwóch kierunkach, natomiast już przez obciążenie R prąd przepływa już tylko w jednym, ustalonym kierunku. W pierwszej połówce okresu prąd przewodzą diody D1 i D4, a w drugiej połówce - diody D2 i D3.

7. Wnioski

Badana krzemowa dioda prostownicza powoduje dużo mniejszy spadek napięcia prądu płynącego przez nią niż badana dioda LED. W przypadku diody prostowniczej po przekroczeniu napięcia przewodzenia następuje szybszy wzrost wartości prądu niż w przypadku diody LED - wartość prądu w obu przypadkach wzrasta do ok. 13 mA, lecz w przypadku diody prostowniczej dzieje się to na przestrzeni 0,1 V, a w przypadku diody LED - 0,4 V. Z logarytmicznych charakterystyk obu diod widać, że zagięcie jest spowodowane jedynie wykładnikiem potęgowym we wzorze i w skali logarytmicznej widać prostą zależność liniową.

Prostownik jednopołówkowy jest w porównaniu z kolejnymi układami prostowniczymi nieefektywny ze względu na przewodzenie prądu tylko przez połowę okresu, a przez drugą połowę czasu prąd nie płynie. Prostownik dwupołówkowy z transformatorem o oddzielnym uzwojeniu wtórnym jest już bardziej efektywny od jednopołówkowego, ale jego napięcie wyjściowe jest dwukrotnie mniejsze niż napięcie wejściowe oraz z powodu pracy przez każdą połowę okresu tylko połowy uzwojenia transformatora płynie przez te uzwojenia dwa razy większy prąd niż w przypadku innego układu dwupołówkowego. Wzrost wartości prądu proporcjonalnie oznacza wzrost wydzielającego się ciepła, a to oznacza zmniejszenie sprawności działania takiego układu. Mostek Graetz'a jest najskuteczniejszym sposobem prostowania napięcia, a po dodaniu odpowiedniej wielkości kondensatorów oraz (w przypadku większych napięć) włączeniu diody Zenera spolaryzowanej zaporowo otrzymujemy dosyć dobrze przefiltrowane i ustabilizowane napięcie wyjściowe o małym zakresie tętnień, bardzo zbliżone do wartości stałej.

---