Przewodnictwo elektryczne uwarunkowane jest istnieniem dwóch rodzajów nośników prądu - elektronów oraz dziur. Typowymi półprzewodnikami samoistnymi są krzem i german. Jeżeli do takiego półprzewodnika dodamy atom z grupy V, to otrzymamy stan donorowy, w którym pozostaje jeden wolny elektron. Taki półprzewodnik nazywamy typu n. Jeżeli natomiast domieszkować będziemy atomem z grupy III, to otrzymamy stan akceptorowy, w którym nośnikiem jest dziura. Taki przewodnik nazywamy typu p.


RYS1 ( atomy z dziurą i z elektronem )


Dioda jest to element elektroniczny powstały w wyniku zetnięcia dwóch półprzewodników o różnych rodzajach przewodności niesamoistnej. Granica zetnięcia nosi nazwę złącza p-n. W obszarze tego złącza elektrony przechodzą z półprzewodnika n do p, natomiast dziury w przeciwnym kierunku. Zjawisko to określamy jako dyfuzję nośników. Jej przyczyną jest różnica koncentracji nośników po obu stronach złącza. W wyniku tego procesu na złączu pojawi się przeciwdziałające dyfuzji nośników lokalne pole elektryczne Enp o kierunku od n do p.


RYS2 ( złącze PN z ładunkami a) przeskakują b) z polem Enp


Jeżeli do złącza p-n przyłożymy zewnętrzne napięcie Ez zgodnie z kierunkiem pola Enp to wzrośnie warstwa zaporowa, a co za tym idzie zwiększy się rezystancja. Przez złacze popłynie bardzo mały prąd ( wsteczny). Takie podłączenie nazywamy kierunkiem zaporowym diody.
Jeżeli do złącza p-n przyłożymy zwnętrzne napięcie Ez przeciwne do kierunku pola Enp to warstwa zaporowa zmaleje. Przez diodę będzie płynął prąd. Takie podłączenie nazywamy kierunkiem przewodzenia diody.

RYS3 ( podłączenia diód - kierunek przeodzenia i kierunek zaporowy)

Natężenie prądu płynącego przez diodę nie jest liniowe. W praktycznych pomiarach uzyskuje się charakterystykę:
I=Is(exp(eU/Bkt) -1) <----- wzór i objaśnienia we wstępie kartkowym

Po zlogarytmizowaniu

WZÓR II

współczynnik B we wzorze określa proporcję między składową prądu dyfuzyjnego a składową prądu rekombinacyjnego.

Aby móc wyznaczyć rezystancję diody, która zmienia się w sposób ciągły z napięciem, wprowadzono pojęcie rezystancji różniczkowej.

Rr=dU/dI=delU/delI

RYS charakterystyka oraz rezystancja różniczkowa


OPIS UŁADU POMIAROWEGO:

W ćwiczeniu wykorzystujemy dwa układy pomiarowe. W obydwu układach wykorzystujemy te same elementy obwodu: zasilacz, badaną diodę, woltomierz, amperomierz oraz rezystor zabezpieczający.

Przy pomiarach charakterystyki diody w kierunku zaporowym budujemy układ zgodnie ze schematem pierwszym:

SCHEMAT 1

Przy pomiarach charakterystyki diody w kierunku zaporowym budujemy układ zgodnie ze schematem drugim:

SCHEMAT 2


CEL ĆWICZENIA:
Celem ćwiczenia jest zbadanie charakterystyk diody w kierunku przewodzenia oraz w kierunku zaporowym. Dokonujemy tego budując odpowiedni obwód według podanych schematów a następnie mierzymy natężenia prądów dla różnych napięć podawanych przez zasilacz:
- Dla kierunku przewodzenia mierzymywartości prądu dla napięć od 600mV do 900mV co 20mV.
- Dla kierunku zaporowego mierzymy wartości prądu dla napięć: 0,5,1,2,4,8,10,12,14,16...

Następnie na podstawie wyników wykreślamy charakterystyki prądowo-napięciowe diody dla obu kierunków. Na ich podstawie wyznaczamy rezystencje różniczkowe dla dwóch punktów każdej z charakterystyk.

Rysujemy wykres lnI w funkcji U ( aproksymując go metodą najmniejszych kwadratów Gaussa) i na jego podstawie oraz w oparciu o wzór lnI-(e/BkT)U+lnIs wyznaczamy parametry B i Is.