ĆWICZENIE 19

BADANIE CHARAKTERYSTYKI DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWEJ

Opis układu pomiarowego

Ćwiczenie wykonywane jest ze wskazaną przez wykładowcę diodą w dwóch różnych
układach pomiarowych służących do mierzenia charakterystyki I - U w kierunku
przewodzenia i zaporowym. W obydwu układach wykorzystuje się te same elementy obwodu:
zasilacz, badaną diodę, woltomierz cyfrowy, amperomierz oraz rezystor zabezpieczający R

z

.

Pomiar charakterystyki I - U diody w kierunku przewodzenia przeprowadza się w układzie
pomiarowym przedstawionym na rysunku a).

W tym układzie pomiarowym amperomierz wskazuje sumę prądów płynących w diodzie i
przez woltomierz. Rezystancja wewnętrzna woltomierza cyfrowego jest znacznie większa w

ĆWICZENIE 19

porównaniu z małą rezystancją diody spolaryzowanej w kierunku przewodzenia, a więc prąd
płynący przez woltomierz jest znacznie mniejszy niż prąd płynący przez diodę. W ten sposób
amperomierz praktycznie mierzy prąd płynący przez diodę.
Pomiar charakterystyki diody w kierunku zaporowym przeprowadza się w układzie
pomiarowym przedstawionym na b).

W tym układzie pomiarowym woltomierz wskazuje sumę napięć na diodzie i na
amperomierzu. Ponieważ rezystancja wewnętrzna amperomierza jest bardzo mała w
porównaniu z rezystancją diody spolaryzowanej zaporowo, spadek napięcia na amperomierzu
można pominąć w porównaniu ze spadkiem napięcia na diodzie i praktycznie woltomierz
wskazuje napięcie na diodzie.

Przeprowadzenie pomiarów

A. Pomiar charakterystyki diody w kierunku przewodzenia
1.Zmontować obwód według schematu na rysunku a).
2.Ustawić amperomierz i woltomierz na największy zakres.
3.Na zasilaczu ustawić najmniejsze możliwe napięcie tj. 0,1 V, następnie włączyć zasilacz.
4.Ustawić na woltomierzu na zakres 1 V.
5.Wykonać pomiary natężenia prądu dla napięć od 600 mV do 900 mV co 20 mV. Przed
każdym kolejnym zwiększeniem napięcia zwiększyć zakres amperomierza o jedną pozycję od
uprzednio stosowanej. Podczas wykonywania pomiarów napięcie na diodzie stopniowo
zwiększać regulując napięcie wyjściowe zasilacza, następnie dobrać odpowiedni zakres na
amperomierzu.

B. Pomiar charakterystyki diody w kierunku zaporowym
1.Zmontować obwód według schematu na rysunku b).
2.Ustawić na woltomierzu zakres 100 V, a na amperomierzu największy zakres.
3.Na zasilaczu ustawić możliwie najmniejsze napięcie tj. 0,1 V, następnie włączyć zasilacz.
4.Wykonać pomiary natężenia prądu dla napięć: 0,5, 1, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25,
30, 35, 40, 45, 50 V. Napięcie ustawiać regulując napięciem wyjściowym zasilacza.

ĆWICZENIE 19

Opracowanie wyników pomiarów

1.Na podstawie wyników pomiarów wykreślić na oddzielnych arkuszach charakterystyki
prądowo – napięciowe diody dla kierunku zaporowego oraz dla kierunku przewodzenia
odpowiednio dobierając skalę dla osi prądu i napięcia. Na wykresy nanieść punkty
pomiarowe i ich niepewności.
2.Wyznaczyć rezystancje różniczkowe diody dla wybranych dwóch napięć dla kierunku
zaporowego i dwóch napięć dla kierunku przewodzenia. W tym celu narysować styczne w
odpowiednich punktach charakterystyki.

3.Wyznaczyć wielkości fizyczne I

S

i

β

oraz ich niepewności charakteryzujące złącze p-n na

bazie pomiarów wykonanych w kierunku przewodzenia wykreślając zależność

)

(

ln

U

f

I

=

.

Zwrócić szczególną uwagę na to, aby oś

I

ln

przechodziła przez punkt U = 0.

Zależność

S

I

ln

U

T

k

β

e

I

ln

+









=

gdzie: I

s

– tzw. prąd nasycenia, e – ładunek elementarny,

k – stała Boltzmanna, ma charakter liniowy. Metodą najmniejszych kwadratów wyznaczyć
parametry prostej

b

x

a

y

+

=

:

∑

∑

∑

∑

∑

=

=

=

=

=

−









−

=

n

i

i

n

i

i

n

i

i

i

n

i

i

n

i

i

x

n

x

y

x

n

y

x

a

1

2

2

1

1

1

1

)

(

∑

∑

∑

∑

∑

∑

=

=

=

=

=

=

−









−

=

n

i

i

n

i

i

n

i

i

n

i

i

n

i

i

i

n

i

i

x

n

x

x

y

y

x

x

b

1

2

2

1

1

2

1

1

1

∑

∑

∑

=

=

=









−

ε

−

=

σ

n

i

n

i

i

n

i

i

i

a

x

x

n

n

n

1

2

1

1

2

2

2

1

∑

∑

∑

∑

=

=

=

=









−

ε

−

=

σ

n

i

n

i

i

n

i

i

n

i

i

i

b

x

x

n

x

n

1

2

1

1

2

1

2

2

2

1

gdzie

∑

∑

∑

∑

=

=

=

=

−

−

=

ε

n

i

n

i

n

i

i

i

i

n

i

i

i

y

b

y

x

a

y

1

1

1

1

2

2

.

4.Porównać wartość I

S

otrzymaną w punkcie 3 z charakterystyką I – U diody w kierunku

zaporowym.

Zestawić wyniki, przeanalizować uzyskane rezultaty (także wykresy), wyciągnąć wnioski.
Stwierdzić czy cele ćwiczenia:

•

wyznaczenie parametru I

S

;

•

wyznaczenie parametru

β

;

•

określenie charakterystyki prądowo-napięciowej diody;

zostały osiągnięte.