E 14.1 Wyznaczanie charakterystyki diody półprzewodnikowej

INSTRUKCJA WYKONANIA ZADANIA

Obowiązujące zagadnienia teoretyczne:

1. Podstawowe wielkości fizyczne opisujące przepływ prądu elektrycznego: napięcie,

natężenie prądu, opór

2. Prawo Ohma i prawa Kirchoffa
3. Model pasmowy przewodników, półprzewodników i izolatorów
4. Półprzewodniki samoistne i domieszkowe
5. Złącze półprzewodnikowe p-n, polaryzacja w kierunku przewodzenia i zaporowa
6. Charakterystyka prądowo-napięciowa diody półprzewodnikowej

Literatura:

1. Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki „Elektryczność i magnetyzm”, Skrypt PL, B.

Kuśmiderska, Cz. Rybka, T. Rybka.

2. Podstawy fizyki T3 – D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, PWN 2005.
3. Fizyka- krótki kurs – Cz. Bobrowski, PWN 1999.

Wartości podawane przez prowadzącego zajęcia:

Napięcie ustawiane na zasilaczu: U

z

= 6V

Maksymalne napięcia przykładane do poszczególnych diod:

Dioda

Kierunek przewodzenia

U

max

[V]

Kierunek zaporowy

U

max

[V]

D1

0,75

3

D2

0,7

3

D3

0,75

4,5

Wykonanie zadania:

Zadanie

polega na wyznaczeniu charakterystyki prądowo napięciowej diody

półprzewodnikowej. W tym celu koniczne jest zbadanie zależności I = f (U) przy polaryzacji
diody w kierunku przewodzenia i polaryzacji zaporowej.

a) Polaryzacja diody w kierunku przewodzenia

1.

W skład zestawu doświadczalnego wchodzą: zasilacz napięcia stałego (Z), dekadowy

dzielnik napięcia (DN), wyłącznik (W), miliamperomierz (mA), woltomierz (V),
badana dioda półprzewodnikowa (D).

mA

V

Z

+

-

DN

W

D

I

Rys.1 Schemat oraz fotografia układu do badania charakterystyki diody spolaryzowanej w kierunku

przewodzenia.

2. Obwód należy zestawić według schematu zamieszczonego na rys.1.
3. Włączyć zasilacz (Z) i dokonać następujących ustawień:

- wartość napięcia U

z

= 6V (potencjometry VOLTAGE),

- ograniczenie prądowe (potencjometr CURRENT FINE w pozycji maksymalnej).

4. Po wyzerowaniu ustawień dzielnika napięcia (DN) załączyć obwód wyłącznikiem W.
5. Dobrać odpowiednie zakresy pracy mierników.
6. Używając pokręteł dzielnika napięcia ustawiać napięcie U na badanej diodzie w

zakresie 0-U

max

(patrz tabela 1) i mierzyć natężenie prądu I płynącego przez

miliamperomierz mA.

7. Wykonać 10-20 pomiarów napięcia i natężenia tak aby uzyskać charakterystykę

I=f(U). Pomiary zagęszczać w okolicach punktów przegięcia charakterystyki.

8. Dla każdego punktu charakterystyki obliczyć opór diody R

d

ze wzoru: R

d

= U / I.

9. Sporządzić tabelę według poniższego wzoru:

Dioda

U [V]

I [mA]

R [Ω]

b) Polaryzacja diody w kierunku zaporowym

1. Układ doświadczalny łączymy według schematu:

μA

V

Z

+

-

DN

W

D

I

Z

DN

V

mA

D

W

R
y
s
.
2

S
c
h
e
m
a
t

Rys.2 Schemat oraz fotografia układu do badania charakterystyki diody spolaryzowanej w kierunku

zaporowym.

Układ doświadczalny różni się od poprzedniego sposobem polaryzacji diody, ponadto
w miejsce miliamperomierza włączamy mikroamperomierz μA.

2. Wyznaczając charakterystykę I = f(U) postępujemy analogicznie jak w podpunkcie a)

(pkt. 3-9)

Opracowanie wyników:

1. Na papierze milimetrowym lub komputerowo sporządzić wykres charakterystyki

prądowo-napięciowej diody I = f(U). Dane zebrane dla obu polaryzacji umieścić na
jednym arkuszu przyjmując, że polaryzacji zaporowej odpowiadają ujemne wartości I
i U.

2. Wpasowując prostą w prostoliniową (szybkorosnącą) część wykresu wyznaczyć

napięcie przewodzenia diody. W przypadku diody D

3

dodatkowo, w podobny sposób

wyznaczyć napięcie Zenera.

3. Sporządzić wykres zależności oporu diody od napięcia R

d

= f(U).

4. Metodą różniczkowania obliczyć niepewność pomiaru oporu diody R

d

wykorzystując

wzór R

d

= U / I i traktując U i I jako zmienne.

Autor instrukcji:

Tomasz Pikula

Z

DN

V

μA

D

W