Laboratorium nr 3
Laboratorium Fizyki Półprzewodników
Dioda Zenera
Grupa: Ocena:
Piątek, Data:
Ariel Wcisło
12:15  15:00 25.03.2011r.
Michał Walkowski
Wykaz przyrządów:
Multimetr BM857 (amperomierz); klasa 0,15% + 10 dgt,
Multimetr MB811 (woltomierz); klasa 0,08% + 2 dgt,
Dioda prostownicza,
Diody Zenera BZX85C (2V7,3V3,4V3),
Zasilacz regulowany,
Oscyloskop Goldstar OS-5020P.
Schemat układu do wyznaczania charakterystyk statycznych dla obydwu
kierunków polaryzacji:
Wstęp teoretyczny:
Korzystaliśmy ze wzorów:
a) Błąd bezwzględny dla napięcia i natężenia prądu:
- współczynniki a i b prostej wyznaczonej przez metodę regresji liniowej.
b) Współczynnik idealności diody:
I=Is*(exp(eV/nkT)-1)
Jako, że pod uwagę bierzemy tylko kierunek przewodzenia możemy uprościć wzór do
eV eV
I =� Is expć� �� a następnie ln(I) =� +� ln(Is ) . Potem wystarczy odczytać
�� ��
mkT mkT
Ł� ł�
współczynnik kierunkowy z prostej wyznaczonej na skali półlogarytmicznej. Ostatecznie
eV
wzór przyjmuje postać: n =�
akT
Przykład (dla diody prostowniczej):
k = 8,62 * 10^-5 J/K
T = 25 stC = 298K
eV = 1,6*10^-19 J
eV/k*T = 1,6*10^-19/8,62*10^-5*298 = 0,62*10^-16
n=1/0,0797 * 0,62*10^-16=7,779*10^-17
Wykresy:
Wykresy a), b), c) i d) opisują charakterystykę prądowo  napięciowo dla diody prostowniczej
oraz następujących diod zenera z rodziny BZX85C  2V7, 3V3 oraz 4V3. Zaznaczone zostały
błędy graniczne.
a)
Charakterystyka I - V diody prostowniczej
0,035
0,03
0,025
0,02
0,015
0,01
0,005
0
-0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6
-0,005
-0,01
U [V]
b)
Charakterystyka I - V diody zenera 2V7
0,035
0,025
0,015
0,005
-0,005
-2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5
-0,015
-0,025
-0,035
U [V]
I [A]
I [A]
c)
Charakterystyka I - V diody zenera 3V3
0,035
0,025
0,015
0,005
-0,0051
-3,1 -2,6 -2,1 -1,6 -1,1 -0,6 -0, 0,4 0,9
-0,015
-0,025
-0,035
U [V]
d)
Charakterystyka I - V diody zenera 4V3
0,035
0,025
0,015
0,005
-0,005
-4,3 -3,3 -2,3 -1,3 -0,3 0,7
-0,015
-0,025
-0,035
U [V]
Wykresy e), f) oraz g) pokazują charakterystykę tylko w kierunku zaporowym. Ponad to,
zostały zaznaczone na nich wartości Imin, Uzk.
I [A]
I [A]
e)
f)
g)
Wykresy h) i) j) i k) przedstawiają charakterystyki w skali półlogarytmicznej, co pozwoliło nam
wyznaczyć współczynnik idealności diody.
h)
Dioda prostownicza; skala półlogarytmiczna
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
0,1
0,01
0,001
0,0001
0,00001
y = 0,0797x - 0,0214
U [V]
i)
I [A]
Dioda 2V7; skala półlogarytmiczna
1
0,66 0,68 0,7 0,72 0,74 0,76 0,78 0,8 0,82
0,1
0,01
0,001
0,0001
U [V]
y = 0,2487x - 0,1778
j)
Dioda 3V3; skala półlogarytmiczna
0,035
0,03
0,025
0,02
0,015
0,01
0,005
0
0,7 0,72 0,74 0,76 0,78 0,8 0,82
-0,0050,68
-0,01
y = 0,28x - 0,2005
U [V]
k)
I [A]
I [A]
Dioda 4V3; skala półlogarytmiczna
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
0,1
0,01
0,001
0,0001
U [V]
y = 0,2069x - 0,1468
X Współczynnik prostej a Współczynnik idealności n
Dioda prostownicza 0,0797 7,779*10^-17
Dioda Zenera 2V7 0,2487 2,493*10^-17
Dioda Zenera 3V3 0,28 2,214*10^-17
Dioda Zenera 4V7 0,2069 2,997*10^-17
Oscylogramy:
�� 2V7
o T=6ms
o f=1/T=1/6ms
o Amplituda w kierunku zaporowym
o 3,5V/2=1,75V
o Amplituda w kierunku przewodzenia
o 5,75V/2=2,85V
�� 3V3
o T=6ms
o f=1/T=1/6ms
o Amplituda w kierunku zaporowym
o 2,37V/2=1,19V
o Amplituda w kierunku przewodzenia
o 5,75V/2=2,85V
�� 4V7
o T=6ms
o f=1/T=1/6ms
o Amplituda w kierunku zaporowym
o 1,88V/2=0,94V
o Amplituda w kierunku przewodzenia
o 5,75V/2=2,85V
I [A]
�� prostownicza
o T=6ms
o f=1/T=1/6ms
o Amplituda w kierunku zaporowym
o 2,50V/2=1,25V
o Amplituda w kierunku przewodzenia
o 5,75V/2=2,85V
Wnioski:
Na wykresach zaznaczony został minimalny prąd wsteczny (Imin) jako punkt
charakterystyczny po którym widać znaczący wzrost natężenia prądu przy małych różnicach
napięcia. Natomiast Uzk odpowiada minimalnemu prądu wstecznemu. Niestety, Uz oraz
rezystancji dynamicznej i statycznej nie byliśmy w stanie oszacować, ponieważ pomiary
zostały dokonane dla zbyt wąskiego zakresu natężenia prądu. Dioda idealna różni się od
rzeczywistej tym, że możemy ją obciążać w nieskończoność  nie posiada ograniczenia jaki
możemy przyłożyć maksymalny prąd. Im współczynnik idealności jest bliżej 1, tym to
ograniczenie jest większe. Badaliśmy również diody na oscyloskopie, czego wynikiem są
dołączone oscylogramy. Doskonale na nich widać okres, częstotliwość oraz amplitudę napięć.
W kierunku zaporowym wartość napięcia na diodzie prostowniczej wynosi 0V, co potwierdza
stworzoną przez nas charakterystykę prądowo  napięciową. Natomiast dla pozostałych diod,
w kierunku zaporowym tworzy się  dziubek , który oznacza spadek napięcia na diodzie  im
mniejsze napięcie w punkcie, tym większy spadek.