CWICZENIE 45

BADANIE WLASNOSCI DIOD POLPRZEWODNIKOWYCH

Cwiczenie polega na zdjeciu charakterystyk pradowo napieciowych diod prostowniczczych i Zennera (w kierunku przewodzenia i zaporowym).

Budowa diody:

Dioda jest elementem elektronicznym zbudowanym z dwoch polprzewodnikow (typu p i typu n). Wlasciwie jest to miejsce zetkniecia sie tych dwoch polprzewodnikow.

Polprzewodnik typu p posiada atomy czterowartosciowe i atomy trojwartosciowe. W wyniku tego wystepuja "braki" elektronow. Sa to dziury (nadmiarowe nosniki wiekszosciwe). Prad w tym polprzewodniku sklada sie praktycznie tylko z dziur.

W polprzewodniku typu n sytuacja jest podobna, lecz sa tu atomy o wartosciowosci 5. W wyniku tego wystepuje nadmiar elektronow. Sa to nadmiarowe nosniki wiekszosciwe dla tego typu polprzewodnika. Prad w tym polprzewodniku sklada sie praktycznie tylko z elektronow.

Dzialanie diody jest nastepujace:

W miejscu styku dwoch roznych polprzewodnikow tworzy sie bariera potencjalow (spowodowana roznica ladunkow atomow domieszki obu polprzewodnikow).

Polaryzacja diody w kierunku przewodzenia powoduje odlozenie sie najwiekszego napiecia na zlaczu (najwieksza opornosc) w wyniku tego napiecie na zlaczu maleje, maleje szerokosc obszaru zubozonego i maleje natezenie pola elektrycznego w zlaczu. Po oslabieniu pola nosniki wiekszosciowe beda mogly pokonywac zlacze ruchem dyfuzyjnym, a w obwodzie zewnetrznym poplunie znaczny prad.

Polaryzacja diody w kierunku zaporowym powoduje:

1. Zwiekszenie szerokosci obszaru zubozonego gdyz przylozone napiecie odklada sie przede wszystkim na zlaczu.

2. Zwiekszenie pola elektrycznego w zlaczu i skuteczne zachamowanie dyfuzyjnego ruchu nosnikow wiekszosciowych juz przy napieciu 0.1V .

3. Pojawienie sie w obwodzie zewnetrznym niewielkiego pradu pochodzacego od dryftowego ruchu nosnikow mniejszosciowych. Prad ten posiada mala wartosc gdyz koncentracje nosnikow nmniejszosciowych sa male, a srednia predkosc nosnikow rowniez jest mala.

Przy zwiekszaniu napiecia wstecznego diody dochodzi do przebicia zlacza. W diodach prostowniczych jest to zjawisko nieodwracalne (wystepuje tu przebicie cieplne), natomiast w diodach Zennera jest to zjawisko odwracalne poniewaz wystepuje tu przebicie lawinowe (Uz > 6V) i przebicie tynelowe (Uz < 8V). Przebicie lawinowe polega na wybiciu elektronow z sieci krystalicznej polprzewodnika poprzez bombardowanie jej innymi elektronami (o duzej szybkosci - rozpedzone przez pole elektryczne). Przebicie tunelowe polega na wyrwaniu elektronow z sieci krystalicznej przez podanie batdzo dyzego pola elektrycznego.

Pomiary:

Diody prostownicze:

Dioda germanowa:

Kierunek przewodzenia:

L.p.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U [V]	0.056	0.08	0.12	0.16	0.20	0.24	0.28	0.32	0.36	0.40
I[mA]	0.066	0.148	0.425	0.040	2.31	4.63	8.53	14.11	21.6	30.6

Kierunek zaporowy:

L.p.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U[V]	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
I[mA]	12.7	13.1	13.8	14.2	14.6	15.0	15.4	16.1	16.8	17.7

Dioda krzemowa:

Kierunek przewodzenia:

L.p.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U [V]	0.12	0.16	0.20	0.28	0.36	0.44	0.52	0.60	0.68	0.76
I[mA]	0	0	0	0.001	0.004	0.026	0.201	1.281	7.49	45.7

Kierunek zaporowy:

L.p.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U[V]	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30
I[mA]	0.3	0.6	0.9	1.23	1.6	1.9	2.2	2.5	2.8	3.1

Diody Zennera:

Dioda DZ1:

Kierunek przewodzenia:

L.p.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U[V]	0.16	0.20	0.24	0.32	0.40	0.48	0.56	0.64	0.72	0.80
I[mA]	~0	~0	~0	0.001	0.002	0.011	0.042	1.121	1.087	11.95

Kierunek zaporowy:

L.p.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U[V]	5.06	8.23	8.84	8.84	8.88	8.91	8.92	8.93	8.95	8.96
I[mA]	~0	0.001	0.5	1	2	3	4	5	6	7

L.p.	11	13	14
U[V]	8.98	9.00	9.01
I[mA]	8	9	10

Dioda DZ2:

Kierunek przewodzenia:

L.p.	1	2	3	4	5	6	7	8	9
U[V]	0.20	0.28	0.36	0.44	0.52	0.60	0.68	0.70	0.72
I[mA]	~0	~0	~0	0.001	0.015	0.176	3.34	7.08	16.37

Kierunek zaporowy:

L.p.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U[V]	1.36	4.24	4.97	5.8	6.36	6.6	6.8	6.97	6.99	7.01
I[mA]	~0	~0	0.001	0.005	0.02	0.04	0.08	0.2	0.43	1.0

L.p.	11	12	13	14	15	16	17
U[V]	7.03	7.04	7.06	7.07	7.09	7.10	7.11
I[mA]	2	3	4	5	7	8	10

Wykresy:

Wykresy znajduja sie na papierze milimetrowym.

Wnioski:

Wykresy jakie otrzymalem w pelni zgadzaja sie z teoria zjawiska przeplywu pradu przez polprzewodnik, a w szczegolnosci przez diode. Wszystkozgadza sie z tym co opisalem na poczatku.

Roznica miedzy napieciami otwarcia diod prostowniczych wynikala z roznego podloza polprzewodnikow zastosowanych do budowy diod (krzem i german).

Roznice wartosci napiecia przebicia diod Zennera takze wynikaly z roznych technologii wytworzenia tych diod.

Ewentualne bledy mogly byc wynikiem wplywy nieporzadanych opornosci (rezystancje miernikow, przewodow polaczeniowych, rezystancje na stykach przewodow), a takze bledami wprowadzanymi przez mierniki. Nie mialo to jednak znaczacego wpluwy na ogolne sens cwiczenia i otrzymane wyniki.

Blad dawany przez mierniki wynosil 0.5% dla woltomierza i 0.5% dla amperomierza.

---