DIMP - Prądowe włączanie i wyłączanie diody
CEL: Zapoznanie z procesem włączania i wyłączania diody oraz sposobem ustalania, na podstawie analizy tego procesu wartości wybranych parametrów charakteryzujących właściwości dynamiczne diody.
UWAGI DOTYCZĄCE OBSERWACJI PRZEBIEGÓW NA OSCYLOSKOPIE
Przebieg napięcia badanej diody -
Podłączyć wejście kanału A oscyloskopu z gniazdem BNC (WE A) układu pomiarowego (zapis w skrócie A ⇒ WE A). Przełącznik P3 w pozycji ON (zapis w skrócie P3 ⇒ ON) zwiera rezystor pomiarowy Rp (katoda badanej diody ma potencjał układu pomiarowego).
B. Przebieg prądu badanej diody -
Podłączyć oscyloskop B ⇒ WE B , przełącznik P3 ⇒ OFF. Pomiar prądu sprowadza się do pomiaru napięcia na rezystorze pomiarowym Rp. Amplitudę prądu oblicza się ze wzoru
, (B.1)
gdzie: - napięcie mierzone za pomocą oscyloskopu, Rp=100Ω - rezystor pomiarowy.
UWAGA: Zasady pomiarów oscyloskopowych zawarte są na końcu instrukcji.
PRZEBIEG ĆWICZENIA:
1. Prądowe włączanie i wyłączanie diody
1.1. Oględziny
Określić typ i zapoznać się z danymi katalogowymi diod wskazanych przez prowadzącego do badania (karty katalogowe diod znajdują się na końcu instrukcji).
1.2. Ustawienie parametrów przebiegu wymuszającego
Włączyć rezystancję Rg'=47kΩ (przełącznik P1 w pozycji 1). Przełącznik P2 ustawić w pozycji OFF w celu wyprostowania przebiegu z generatora przez diodę impulsową DI. Ustawić za pomocą odpowiednich pokręteł generatora prąd o prostokątnym przebiegu, amplitudzie I=50μA i częstotliwości f=10kHz.
1.3. Pomiary
Na podstawie obserwacji przebiegu oscyloskopowego napięcia i prądu dla różnych wartości rezystancji Rg' przy niezmienionych nastawach generatora z punktu 1.2 zmierzyć:
prądy Id (mały poziom wstrzykiwania) albo Id', Id'' (duży poziom wstrzykiwania),
napięcia Ud', Ud'', ΔU,
spadek napięcia na warstwie zaporowej diody w stanie ustalonym Ureszt ,
czas wyłączania diody twył (czas po którym napięcie na diodzie Ud = 0V) oraz czas Δt.
Wyniki pomiarów zapisać w tabeli 1.
UWAGA: Graficzne definicje mierzonych napięć Ud', Ud'', ΔU, Ureszt , prądów Id , Id', Id'' oraz czasów twył , Δt w przypadku małego i dużego poziomu wstrzykiwania zawarte są w ANEKSIE na końcu instrukcji.
Tabela 1.
Typ diody ...... |
||||||||||
Rg' [kΩ] |
Id [mA] |
Id' [mA] |
Id'' [mA] |
Ud' [V] |
Ud'' [V] |
ΔU [V] |
Uresz [V] |
twył [ms] |
Δt [ms] |
typ poziomu wstrzykiwania1) |
47,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Objaśnienie: 1) M - mały poziom wstrzykiwania, D - duży poziom wstrzykiwania.
|
Rys.1. Schemat układu pomiarowego D - badana dioda, DI − dioda impulsowa, Rp - rezystor pomiarowy100Ω/2, G - generator, P1, P2, P3 - przełączniki, R'g - rezystancja układu pomiarowego, O - oscyloskop |
1.4. Obliczenia wybranych parametrów diod
Na podstawie wyników pomiarów zebranych w tabeli 1 obliczyć następujące parametry:
wartość rezystancji szeregowej zmodulowanej i niezmodulowanej w zależności od poziomu wstrzykiwania ze wzorów
, (1.1)
, (1.2)
wartość szybkości opadania ΔU/Δt przebiegu czasowego dla początkowego, prostoliniowego odcinka krzywej opadania,
czas życia nośników mniejszościowych w bazie diody (metoda Giascoletto) ze wzoru
, (1.3)
gdzie: − potencjał elektrokinetyczny dla T=300K.
Wyniki obliczeń zapisać w tabeli 2.
Tabela 2.
Typ diody ...... |
|||||
Rg' [kΩ] |
RSzmod [Ω] |
RSnzmod [Ω] |
ΔU/Δt [V/ms] |
τp [ms] |
typ poziomu wstrzykiwania1) |
47,0 |
|
|
|
|
|
5,1 |
|
|
|
|
|
1,3 |
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
Objaśnienie: 1) M - mały poziom wstrzykiwania, D - duży poziom wstrzykiwania.
1.5. Wykreślanie charakterystyk
Korzystając z pomiarów z punktu 1.3 wykreślić zależność . Na podstawie obliczeń z punktu 1.4 wykreślić charakterystykę .
Sprawozdanie powinno zawierać:
temat ćwiczenia laboratoryjnego,
skład grupy laboratoryjnej,
schemat układu pomiarowego,
dane katalogowe badanych diod,
wyniki pomiarów i obliczeń zapisane w tabelach,
charakterystyki oraz ,
wnioski dotyczące zmierzonych i obliczonych parametrów oraz otrzymanych charakterystyk,
oszacowanie dokładności stosowanej metody pomiarowej.
Wymagania:
symbole, oznaczenia, charakterystyki i zastosowania diod impulsowych, Schotky'ego oraz pojemnościowych
praca impulsowa złącza p-n,
opis zjawisk charakteryzujących napięciowe i prądowe włączanie oraz wyłączanie diody,
opis zjawisk charakteryzujących napięciowe i prądowe przełączanie diody,
pojemność złączowa i dyfuzyjna diody,
parametry charakteryzujące pracę dynamiczną diody (definicje i oznaczenia),
czas życia nośników mniejszościowych w bazie diody,
model małosygnałowy, liniowy złącza p-n,
model nieliniowy złącza p-n.
Literatura:
Marciniak W. : „Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone” (rozdział 3.1). Warszawa, WNT 1987.
Rusek M., Pasierbiński J.: „Elementy i układy elektroniczne w pytaniach i odpowiedziach” (rozdział 4). Warszawa, WNT 1991.
Januszewski H., Świątek H.: „Diody i tyrystory w pytaniach i odpowiedziach”. Warszawa, WNT 1984.
Katalogi firmowe diod.
ANEKS
|
Rys.2. Przebieg sygnału napięciowego na diodzie przy włączaniu i wyłączaniu prądowym: a) mały poziom wstrzykiwania, b) duży poziom wstrzykiwania |
|
Rys.3. Przebieg sygnału prądowego na diodzie przy włączaniu i wyłączaniu prądowym: a) mały poziom wstrzykiwania, b) duży poziom wstrzykiwania |
|
Rys. 4. Typy sygnałów wymuszających: a) włączanie - 1, wyłączanie - 2,
|
LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH
Zakład Telekomunikacji Optycznej i Fotoniki - Politechnika Szczecińska
1
___________________________________________________________________________
DIMP - Prądowe włączanie i wyłączanie diody
dr inż. Mirosław Puc © e-mail: mpuc@godot.tuniv.szczecin.pl