Technikum Elektryczne nr 1

Pracownia elektryczna i

elektroniczna

2011 / 2012

Łukasz Zawadzki nr 8

Temat: Badanie diod

półprzewodnikowych.

Kl.III aE

Grupa: brak

Data: 05.10.2011r.

Ocena:

1.Wstęp:

a) Diody prostownicze

są to diody wykorzystywane do pracy w układach prostowniczych,

w zasilaczach różnych urządzeń elektronicznych. Wyróżnia się diody ogólnego
przeznaczenia, głównie stosowane do prostowania prądu przemiennego o częstotliwości
50Hz do 400Hz ,czasami kilku kHz.

Oznaczenie i kierunek przewodzenia:

b)

Własności i parametry diod półprzewodnikowych.

W diodach możemy wyróżnić parametry:

- statyczne:

•

napięcie przewodzenia UF przy określonym IF

•

prąd wsteczny IR przy określonym UR

- dynamiczne:

•

pojemność diody przy określonej częstotliwości i określonym napięciu wstecznym

•

sprawność detekcji

Wyróżnia się następujące dopuszczalne parametry graniczne:

•

maksymalny stały prąd przewodzenia IFmax

•

maksymalny szczytowy prąd przewodzenia IFMmax

•

maksymalne sta

łe napięcie wsteczne URmax

•

maksymalne szczytowe napięcie wsteczne URMmax

W stanie przewodzenia (rys. a) na diodzie występuje nieznaczny spadek napięcia rzędu
(0,6 -

0,7)V. W stanie zaporowym (rys. b) przez diodę przepływa nieznaczny prąd wsteczny,

silnie zależny od temperatury złącza. Napięcie występujące na diodzie w stanie zaporowym
nazywa się napięciem wstecznym UR.

Po przekroczeniu pewnej wartości maksymalnej napięcia wstecznego URSM prąd wsteczny

szybko wzrasta, co może spowodować uszkodzenie diody.

Rys.1 Charakterystyka prądowo – napięciowa diody prostowniczej.

IF , UF -

prąd i napięcie w kierunku przewodzenia

IR, UR -

prąd i napięcie w kierunku wstecznym (zaporowym)

URwm -

szczytowe wsteczne napięcie pracy

Urrm - szczytowe

napięcie wsteczne

URsm -

niepowtarzalne szczytowe napięcie wsteczne

c) Dioda Zenera:

Diody Zenera są to specjalne diody krzemowe, w których wykorzystuje się zakrzywienie
charakterystyki prądowo-napięciowej w obszarze przebicia Zenera (przebicia nie
niszcz

ącego struktury krystalicznej półprzewodnika).Podczas normalnej pracy dioda Zenera

jest zatem spolaryzowana w kierunku zaporowym.

Dioda ta jest diodą stabilizacyjną ,tzn. że

utrzymuje ona stałe napięcie.

Rys.2 Charakterystyka prądowo-napięciowa diody Zenera

UZ – napięcie stabilizacji
UF – napięcie przewodzenia
IR – prąd wsteczny
rZ – rezystancja dynamiczna

2

. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi rodzajami diod półprzewodnikowych i
ich parametrami oraz

charakterystykami prądowo-napięciowymi.

3

. Przebieg ćwiczenia:

Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy dokładnie zaznajomić się ze schematem układu
pomiarowego!

Charakterystyki prądowo-napięciowe większości diod można wyznaczyć stosując
następujące metody:

• pomiarów prądów i napięć amperomierzami i woltomierzami, tzw. Metoda „punkt po
punkcie";

• pomiaru impulsowego oscyloskopem;

W naszym ćwiczeniu charakterystyki prądowo-napięciowe zdejmować będziemy wyłącznie
metodą „punkt po punkcie", metoda ta jest prostsza, ale bardziej czasochłonna.

Do wyznaczenia dokładnych charakterystyk prądowo-napięciowych diod potrzebne są dwa
układy połączeń dla różnych kierunków zasilania diod.

4.Schematy:

Rys.3 Układ do badania diody prostowniczej w kierunku przewodzenia.

Rys.4

Układ do badania diody prostowniczej w kierunku zaporowym.

Rys.5 Układ do badania diody Zenera w kierunku przewodzenia.

Rys.6

Układ do badania diody Zenera w kierunku zaporowym.

5.Tabele pomiarowe:

Tabela wyników dla diody prostowniczej w kierunku przewodzenia.

Lp.

I[mA]

U[V]

[V]

1

0

0

0

2

0,2

1,38

1

3

6,18

1,42

2

4

15,77

1,45

3

5

25,55

1,46

4

6

35,41

1,47

5

7

45,29

1,48

6

8

55,20

1,49

7

9

65,13

1,49

8

10

75,06

1,5

9

11

85,00

1,5

10

12

94,95

1,51

11

13

104,9

1,51

12

14

114,9

1,51

13

15

124,8

1,51

14

16

134,8

1,52

15

17

144,7

1,52

16

18

154,7

1,53

17

19

164,7

1,53

18

20

174,6

1,54

19

21

184,6

1,54

20

Tabela wyników dla diody prostowniczej w kierunku zaporowym.

Lp.

I[mA]

U[V]

[V]

1

0

0

0

2

0

-2

2

3

0

-4

4

4

0

-6

6

5

0

-8

8

6

0

-10

10

7

0

-12

12

8

0

-14

14

9

0

-16

16

10

0

-18

18

11

0

-20

20

12

0

-22

22

13

0

-24

24

14

0

-26

26

15

0

-28

28

16

0

-30

30

17

0

-35

35

18

0

-40

40

19

0

-45

45

20

-0,96

-49,90

50

21

-20,16

-49,98

52

Tabela wyników dla diody Zenera w kierunku przewodzenia.

Lp.

I[µA]

U[mV]

[V]

1

5,144

441,5

1

2

14,84

468,9

2

3

24,70

482,2

3

4

94,31

517

10

5

144,2

528,6

15

6

194,1

536,6

20

7

244

542,8

25

8

294

548

30

9

343,9

552,4

35

10

393,9

556,2

40

11

443,8

559,6

45

12

493,8

562,7

50

Tabela wyników dla diody Zenera w kierunku zaporowym.

Lp.

I[µA]

U[V]

[V]

1

0

0

0

2

0

-0,90

1

3

0

-1,81

2

4

0

-2,72

3

5

0

-3,63

4

6

0

-4,54

5

7

-6,44

-4,86

6

8

-16,18

-4,89

7

9

-26,04

-4,90

8

10

-35,95

-4,91

9

11

-45,88

-4,92

10

6.Wykaz elementów:

-

rezystor 100Ω, 1kΩ

-

źródło zasilania napięcie zmiennego (0-48V/50Hz)

-

źródło napięcia stałego (0-37V)

-

woltomierz do pomiaru napięcia zmiennego i stałego

-

amperomierz do pomiaru prądu zmiennego i stałego

-dioda prostownicza 1N4001 50V/1A

-dioda stabilizacyjna (Zenera) 1N4733 ,5,1V/49mA 1W

7.Charakterystyki prądowo-napięciowe diod:

Charakterystyka diody prostowniczej w stanie zaporowym i przewodzenia.

Charakterystyka diody Zenera w kierunku zaporowym i przewodzenia.

IF , UF -

prąd i napięcie w kierunku przewodzenia

IR, UR -

prąd i napięcie w kierunku wstecznym (zaporowym)

Wnioski:

Ćwiczenie to miało na celu zaobserwowanie wyników dla stanu przewodzenia jak i
zaporowego oraz zobrazowanie ich na charakterystyce prądowo-napięciowej. Łatwo
zaobserwować że przy zmianie rezystancji opornika na większą na charakterystyce było by
więcej punktów i charakterystyka była by bardziej rozciągnięta i bardziej dokładna. Przy
diodzie Zenera należało odpowiednio dobrać rezystancję opornika aby nie zostały
przekroczone wartości znamionowe, gdyż dioda użyta w ćwiczeniu posiada maksymalną
obciążalność prądową przy wartości 49mA i napięciu szczytowym 5,1V. Celem tej diody jest
stabilizacja napięcia, co można zauważyć przy stanie zaporowym w tabeli od 8-11 pomiaru,
gdzie war

tości napięcia nieznacznie ulegną zmianie przy znacznej zmianie wartości prądu.

Char

akterystyki wyszły porównywalne do tych idealnych (szczególnie charakterystyka dla

diody Zenera)

, lecz utworzenie ich było czasochłonne i przysparzało wiele problemów.

Większość uczniów popełniło błąd podłączając do układu badania diody prostowniczej
napięcia zmiennego. Przy badaniu diody prostowniczej w kierunku zaporowym wartość
prądu została uzyskania dopiero przy napięciu granicznym (50V), wcześniej wartość prądu
wynosiła 0.