16.12.2008

FRYDRYCH Damian

LISZEWSKI Michał

MACIEJEWSKI Mateusz

Laboratorium z elementów półprzewodnikowych

Ćwiczenie 7: PÓŁPRZEWODNIKOWE ELEMENTY BEZZŁĄCZOWE

1. Charakterystyki statyczne u(i) termistora NTC zmierzone dla dwóch temperatur otoczenia (292K oraz 340K).

T=340K
u [V]	i [mA]
0,05	2
0,1	4,5
0,15	6,6
0,2	9
0,25	11,2
0,3	13,8
0,35	15,6
0,4	18,5
0,6	27
0,8	35,5
0,95	43,2
1,14	54
1,4	68
1,63	84
1,8	96
1,9	105

• Tabele pomiarów do wyznaczenia charakterystyk u(i) termistora NTC dla temperatur: 292K oraz 340K.

T=292K
u [V]	i [mA]
0,5	4
1	7
1,5	10,3
2	14
2,5	17,5
3	22,4
3,5	26
4	31,5
4,5	39,6
5	47,8
5,5	80,9

punkty

pracy do

obliczenia

R₂₅ oraz B

punkty pracy do obliczenia rezystancji statycznej i przyrostowej

Z wykresu wynika, że rezystancja termistora dla 340K jest mniejsza w stosunku do rezystancji w temperaturze 292K. Dla temperatury 340K początkowa zależność u(i) jest praktycznie liniowa, dlatego rezystancja na tym przedziale jest stała. W dalszych punktach wykres zaczyna się uginać co powoduje zmniejszeniem się rezystancji.

2. Wyznaczanie wartości parametrów R₂₅, B badanego termistora NTC oraz jego współczynnik TWR w temperaturze pokojowej.

• Parametr R₂₅ oznacza rezystancję elementu w temperaturze pokojowej. Aby wyznaczyć rezystancje R₂₅ skorzystano z charakterystyki napięciowo-prądowej termistora NTC, z uwzględnieniem wpływu temperatury na oporność elementu:

W przypadku temperatury pokojowej powyższą zależność można opisać tak:

,

Punkt pracy z zakresu liniowego dla T=292K: u=1V, i=7mA

• Parametr B zależy od własności materiału półprzewodnikowego użytego do konstrukcji termistora. Aby wyliczyć parametr B należy skorzystać ze wzoru:

Przekształcając go otrzymujemy:

Punk pracy z zakresu liniowego dla T=340K: u=0,25V, i=11,2mA

• Współczynnik względnych temperaturowych zmian rezystancji TWR dla temperatury T=298K oblicza się na podstawie wzoru:

którego obliczenie na podstawie wzoru

daje w wyniku

T=292K

B=3842K

• Wyznaczenia wartości rezystancji statycznej i rezystancji przyrostowej z zakresu nieliniowości charakterystyki.

W celu wyznaczenia rezystancji statycznej skorzystano z prawa Ohma, które jest opisane daną zależnością:

R - rezystancja, U - napięcie, I - prąd

Punkt pracy dla T=292K: i=39,6mA, u=4,5V

Rezystancję przyrostową wylicza się na podstawie różnicy zmian wokół punktu pracy:

Punkt pracy dla T=292K: i=39,6mA, u=4,5V

i₁ = 31,5mA, u₁=4V

Punkt pracy dla T=340K: i=84mA, u=1,63V

Rezystancję przyrostową wylicza się na podstawie różnicy zmian wokół punktu pracy:

Punkt pracy dla T=340K: i=84mA, u=1,63V

i₁=68mA, u₁=1,4V

3. Charakterystyki u(i) termistora PTC zmierzone dla dwóch temperatur otoczenia (292K oraz 340K).

T=340
u [V]	i [mA]
0,04	1,1
0,1	3
0,2	5,2
0,3	8,7
0,4	10,6
0,5	14
0,6	17,5
0,7	19
0,8	24
1	27,5
1,2	32,5
2,7	64,5
3	70
3,5	74
4,3	69
5,8	57
6,8	51
12	26
13,5	22
14,3	19
15	16,5
16,6	13,6
17,1	12,3
18,2	12,6

• Tabele pomiarów do wyznaczenia charakterystyk u(i) termistora PTC dla temperatur: 292K oraz 340K.

T=292K
u [V]	i [mA]
0,1	6,2
0,3	19,5
0,5	32,5
1	65,3
1,2	76,4
1,5	95,9
1,8	110,7
2	122
2,3	143,5
2,5	152,5
2,7	166,7
3	176,8

punkty

pracy do

obliczenia

rezystancji

statycznej

i przyrostowej

• Wyznaczenie wartości rezystancji statycznej i rezystancji przyrostowej z zakresu nieliniowości charakterystyki.

W celu wyznaczenia rezystancji statycznej termistora PTC tak jak w przypadku termistora NTC skorzystano z prawa Ohma, które jest opisane daną zależnością:

R - rezystancja, U - napięcie, I - prąd

Punkt pracy dla T=292K: i=166,7mA, u=2,7V

Rezystancję przyrostową wylicza się na podstawie różnicy zmian wokół punktu pracy.

Punkt pracy dla T=292K: i=166,7mA, u=2,7V

i₁ = 176,8mA, u₁=3V

Punkt pracy dla T=340K: i=13,6mA, u=16,6V

Rezystancję przyrostową wylicza się na podstawie różnicy zmian wokół punktu pracy.

Punkt pracy dla T=340K: i=13,6mA, u=16,6V

i₁ =12,3mA, u₁=17,1V

4. Charakterystyka i(u) warystora w skali logarytmiczno-logarytmicznej oraz wyznaczenie wartości parametrów α oraz K.

• Tabela pomiarów do wyznaczenia charakterystyki i(u) warystora.

i [µA]	u [V]
0	0
0,1	25
0,8	26,8
1,4	27,7
2,4	28,5
8	30
17,8	31,1
50	32
68,2	32,4
127,5	33
198	33,5
500	34,3
905	34,8

punkty

pracy do

wyznaczenia

parametrów

warystora

• Wyznaczenie parametrów modelu statycznego warystora

Charakterystyka statyczna warystora opisana jest następującą zależnością:

Aby wyznaczyć parametry K oraz α wybrano dwa punkty pracy: u=32V, i=50μA

u=33,5V, i=198μA

Po podstawieniu danych do wzoru otrzymaliśmy układ dwóch równań z dwiema niewiadomymi:

Z pierwszego równania wyznaczamy
i podstawiamy do drugiego
, następnie dzielimy obie strony przez
, w skutek czego pozostaje
.

Stąd

oraz

oświetlony
I [mA]	U [V]
0,0046	0
0,0275	0,1
0,0527	0,2
0,08	0,3
0,0966	0,4
0,146	0,6
0,26	1
0,38	1,5
0,54	2,1
0,73	2,8
0,9	3,6
1,3	5
1,6	6
1,96	7,4
2,4	8,9
3,4	12,3
3,6	13,4
3,8	14
4	15,2
4,33	16,4
4,89	18,5
5,1	20,4
5,69	24
6,65	28,1
7,1	31
7,3	33,2
7,65	36,8
7,8	40

5. Charakterystyki statyczne i(u) fotorezystora oświetlonego i nieoświetlonego.

• Tabele pomiarów do wyznaczenia charakterystyk i(u) fotorezystora oświetlonego i nieoświetlonego.

nieoświetlony
I [µA]	U [V]
0,1	1,4
0,2	2
0,3	3,4
0,4	4,2
0,7	7,6
0,9	9,5
1,1	10,9
1,2	12,5
1,4	13,1
1,7	17,3
2	20,7
2,9	29,6
3,5	35,8
4,2	42,7
4,8	48,2

punkty

pracy do

wyznaczenia

rezystancji fotorezystora

• Wyznaczenie wartości rezystancji fotorezystora oświetlonego i nieoświetlonego

W celu wyznaczenia wartości rezystancji fotorezystora oświetlonego i nieoświetlonego skorzystano z prawa Ohma, które jest opisane daną zależnością:

R - rezystancja, U - napięcie, I - prąd

W przypadku fotorezystora rezystancja nie zależy od punktu pracy, ponieważ kąt nachylenia prostej opisującej zależność i(u) jest stały.

Aby wyznaczyć tą rezystancję wybraliśmy punkt pracy:

- dla fotorezystora oświetlonego: u=20,4V, i=5,1mA.

- dla fotorezystora nieoświetlonego u=29,6V, i=2,9µA.

Widać wyraźnie, że rezystancja fotorezystora nieoświetlonego jest znacznie większa (różnica 3-rzędów) niż rezystancja fotorezystora oświetlonego.

9

---