1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było wyznaczenie charakterystyk elementów półprzewodnikowych

jakimi są diody.

Podstawę większości diod półprzewodnikowych stanowi złącze p-n. Ze względu na ich

zastosowanie wyróżnia się między innymi diody prostownicze i stabilizacyjne, które będą
badane podczas ćwiczenia.

a) b)

Rysunek 1. Symbole diody prostowniczej (a) i diody Zenera (b).

Wyprowadzenie diody A to anoda, a wyprowadzenie K – katoda.

Jeżeli do anody doprowadzi się napięcie dodatnie względem katody (U

AK

>0), to będzie

ona spolaryzowana w kierunku przewodzenia i prąd popłynie od anody do katody. Przy
ujemnych wartościach U

AK

dioda jest spolaryzowana zaporowo i płynie przez nią tzw. prąd

wsteczny, zwykle o kilka rzędów mniejszy niż prąd przewodzenia. Wartość napięcia
zaporowego nie może przekroczyć pewnej granicy - tak zwanego napięcia przebicia, gdyż
wówczas popłynie prąd porównywalny z prądem w kierunku przewodzenia. Najczęściej
powoduje to uszkodzenie diody, z wyłączeniem przypadku, gdy mamy do czynienia z
diodą Zenera (stabilizatorem), w której napięcie przebicia wykorzystywane jest do
stabilizacji.

Stabilizacja na diodzie Zenera polega na wykorzystaniu przebicia przy polaryzacji

wstecznej diody, charakteryzującego się tym, że dużym zmianom prądu diody towarzyszą
małe zmiany spadku napięcia.

2. Stanowisko pomiarowe

Podczas pomiarów badano dwie diody: zwykłą(prostowniczą) i Zenera. Za pomocą

potencjometru zmieniano napięcie na elektrodach diody, jednocześnie obserwując zmiany
prądu diody.

Rysunek 2. Układ pomiarowy z diodą w kierunku przewodzenia ( - prąd przewodzenia,

-

napięcie przewodzenia).

Rysunek 3. Układ pomiarowy z diodą w kierunku zaporowym ( - prąd wsteczny,

-

napięcie wsteczne).

Za pomocą przełącznika i zworek umieszczonych na płytce zestawiano układ pomiarowy

dla kierunku przewodzenia (F) i zaporowego (R).

Rysunek 4. Płytka do badania charakterystyk diod.

3. Pomiary.

Dioda I - prostownicza

Dioda II - Zenera

U / V

I / mA

U / V

I / mA

0,790

120,1

0,843

126,0

0,790

113,0

0,839

116,6

0,794

108,0

0,835

108,0

0,793

102,0

0,834

101,0

0,790

96,4

0,830

92,3

0,787

89,6

0,828

83,8

0,785

85,4

0,826

78,4

0,778

79,6

0,822

70,7

0,777

73,8

0,818

62,6

0,775

68,1

0,813

55,7

0,771

61,9

0,808

49,1

0,766

55,6

0,806

42,8

0,761

49,6

0,800

35,4

0,757

44,1

0,796

32,2

0,749

37,6

0,788

25,4

0,740

30,9

0,783

20,3

0,733

25,1

0,776

16,0

0,724

20,0

0,765

10,6

0,712

14,7

0,757

7,9

0,698

10,3

0,749

6,0

0,689

8,0

0,739

4,2

0,672

5,2

0,720

2,1

0,646

2,7

0,703

1,0

0,584

0,5

0,405

0

0,405

0

-1,96

-0,0003

-1,260

-0,0002

-4,52

-0,0015

-1,270

-0,0002

-5,12

-0,0059

-1,680

-0,0003

-6,00

-0,142

-2,000

-0,0003

-6,02

-0,311

-2,360

-0,0003

-6,30

-13

-2,590

-0,0004

-6,51

-72

-2,980

-0,0004

-6,66

-115

-3,330

-0,0005

-6,82

-166

-3,660

-0,0005

-7,05

-236

-3,980

-0,0006

-7,13

-272

-4,290

-0,0006

-4,690

-0,0007

(Wartości ujemne
napięcia oraz
natężenia są dla
kierunku
zaporowego)

-4,990

-0,0007

-5,300

-0,0008

-5,630

-0,0008

-5,950

-0,0009

-6,250

-0,0009

-6,470

-0,0009

-6,700

-0,001

-7,000

-0,001

-7,260

-0,001

4. Obliczenia.

Wykres 1. Charakterystyka diody I - prostowniczej.

= 120 mA

= 0,1 ∙

= 12 mA

Dla

= 12 mA napięcie przewodzenia wynosi ok.

= 0,7 V.

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

-7,5

-7

-6,5

-6

-5,5

-5

-4,5

-4

-3,5

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

I / mA

U / V

I = f(U)

I

F

U

F

I

Fmax

Wykres 2. Charakterystyka diody II - Zenera.

= 126 mA

= 0,1 ∙

= 12,6 mA

Dla

= 12,6 mA napięcie przewodzenia wynosi ok.

= 0,8 V.

Dla

= 5 mA (przyjętego na podstawie danych katalogowych zamieszczonych w instrukcji)

napięcie przebicia, zwane napięciem Zenera, wynosi ok.

= 6,2 V.

5. Wnioski.

Otrzymana wartość napięcia przewodzenia

= 0,7 V pozwala stwierdzić, że badana

dioda prostownicza była diodą krzemową, ponieważ jej napięcie przewodzenia zawiera się
pomiędzy 0,5V a 0,8V. Dioda ta w kierunku przeciwnym prawie nie przewodzi prądu
(wartości odczytane z amperomierza wynosiły kilka mikroamperów).

Dla diody Zenera charakterystyka napięciowa w kierunku przewodzenia jest podobna,

jednakże w przypadku podłączenia jej zaporowo, można zaobserwować, że przy pewnym
napięciu wstecznym U

Z

następuje gwałtowny przyrost prądu

∆ już dla niewielkich zmian

napięcia

∆ . Świadczy to o właściwościach stabilizacyjnych diody (bardziej gwałtowny skok

wykresu).

-280

-260

-240

-220

-200

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

-7,5

-7

-6,5

-6

-5,5

-5

-4,5

-4

-3,5

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

I / mA

U / V

I = f(U)

U

Z

ΔI

ΔU

I

F

U

F

I

Fmax