Katarzyna RZEPECKA 2007.10.12

Magdalena STABIŃSKA

Tomasz WAWIERNIA

SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM

ELEMENTY PÓŁPRZEWODNIKOWE

Ćw. 1.

Badanie charakterystyk statycznych diod półprzewodnikowych.

WSTĘP

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z charakterystykami statycznymi oraz parametrami modeli statycznych diod półprzewodnikowych.

Zostaną wyznaczone następujące charakterystyki:

- statyczne i(u) diod spolaryzowanych przewodząco (skala liniowo-liniowa)

- statyczną diody prostowniczej (skala logarytmiczno-liniowa)

- statyczną diody stabilizacyjnej (skala logarytmiczno-liniowa)

Charakterystyki wyznaczamy badając następujące układy pomiarowe:

- dioda spolaryzowana w kierunku przewodzenia

- dioda spolaryzowana w kierunku zaporowym

Wyniki pomiarów

- temperatura otoczenia w czasie wykonywania pomiarów:

T=20°C

- wyniki pomiarów diody spolaryzowanej w kierunku przewodzenia:

Dioda Prostownicza			Dioda Stabilizacyjna			Dioda Schottkiego
i [mA]	u [V]		i [mA]	u [V]		i [mA]	u [V]
0,01	0,2		0,01	0,2		0,01	0,04
0,06	0,27		0,06	0,26		0,06	0,07
0,1	0,29		0,1	0,29		0,1	0,09
0,6	0,36		0,6	0,36		0,6	0,13
1	0,38		1	0,38		1	0,14
6	0,46		6	0,46		6	0,19
10	0,48		10	0,48		10	0,2
60	0,52		60	0,52		60	0,24
80	0,57		80	0,54		80	0,26
100	0,59		100	0,56		100	0,27

- wyniki pomiarów przy polaryzacji w kierunku zaporowym:

U [V]	-1	-10
Prostownicza ID1 [μA]	0	0
Stabilizacyjna ID2 [μA]	0	0
Schottky'ego ID3 [μA]	-0,05	-0,11

Z powyższych pomiarów można wnioskować, iż wszystkie diody charakteryzują się dużą stabilnością przy napięciach wstecznych. Lepsza stabilizacja (polegająca na tym, że duże zmiany prądu powodują minimalne zmiany napięcia) jest ściśle związana z charakterystyką statyczną diody w kierunku wstecznym. Im wyższe napięcie przebicia, tym charakterystyka bardziej stroma, a co za tym idzie- rezystancja dynamiczna mniejsza (stosunek przyrostu napięcia do przyrostu prądu).

Charakterystyka statyczna i(u) diod spolaryzowanych przewodząco w skali liniowo-liniowej

2. Wyznaczanie współczynnika nieidealności.

1. Dioda prostownicza

Do wyznaczenia parametrów modelu statycznego diod wykorzystano następujące punkty:

-w zakresie średnich prądów (punkty leżące na prostej aproksymującej wykres):

współczynnika nieidealności n - (0,36 [V]; 0,0006 [A]), (0,29 [V]; 0,0001 [A]);

prądu I_S - (0,29 [V]; 0,0001 [A]);

-w zakresie dużych prądów (odchylenie wykresu od prostej aproksymującej):

rezystancji szeregowej r_s- (0,59 [V]; 0,1 [A]);

*Nie jesteśmy w stanie wyznaczyć rezystancji szeregowej, ponieważ powinna ona oscylować w granicach 0,7 V a nasze pomiary mają zbyt mały zmierzony zakres napięcia na diodzie.

Charakterystyka statyczna i(u) diody prostowniczej w skali liniowo-logarytmicznej

b) Dioda stabilizacyjna

Do wyznaczenia parametrów modelu statycznego diod wykorzystano następujące punkty:

-w zakresie średnich prądów (punkty leżące na prostej aproksymującej wykres):

współczynnika nieidealności n- (0,38 [V]; 0,001 [A]), (0,36 [V]; 0,0006 [A]);

prądu I_S - (0,38 [V]; 0,001 [A]);

-w zakresie dużych prądów (odchylenie wykresu od prostej aproksymującej):

rezystancji szeregowej r_s- (0,59[V]; 0,1 [A]) ;

*Nie jesteśmy w stanie wyznaczyć rezystancji szeregowej, ponieważ powinna ona oscylować w granicach 0,7 V a nasze pomiary mają zbyt mały zmierzony zakres napięcia na diodzie.

Charakterystyka statyczna i(u) diody stabilizacyjnej w skali liniowo-logarytmicznej

3. Dla wszystkich badanych diod zostały zmierzone spadki napięć przy jednakowym prądzie przewodzenia równym

I = 30 [mA] i wynoszą odpowiednio:

- spadki napięć na diodach przy prądzie 30mA

Diody:	I[mA]	U[V]
Elektroluminescencyjna	30	1,8
Prostownicza	30	0,51
Stabilizacyjna	30	0,52
Schottky'ego	30	0,23

Jak widać, dla różnych diod spadki te nie są jednakowe, co wynika z konstrukcji złącza oraz rodzaju materiałów użytych do jego budowy.

Charakterystyczne (różniące się od standardowych) spadki napięć posiadają diody:

-Schottky'ego - wartość napięcia jest bardzo niska, dzięki czemu dioda stosowana jest głównie w układach przełączających- -jest „szybka”.

-luminescencyjna - wartość napięcia jest bardzo wysoka przy czym dodatkowo podczas przepływu

prądu emituje ona promieniowanie świetlne (widzialne), dzięki czemu dioda znajduje zastosowanie

jako wskaźnik w układach półprzewodnikowych.

4. Obserwacja zmian przebiegów napięcia na wyjściu prostownika jednopołówkowego i dwupołówkowego zarówno z włączonym jak i odłączonym kondensatorem filtrującym.

(rysunki do tej części ćwiczenia znajdują się na kartce z pomiarami)

a) prostownik jednopołówkowy z pojemnością C - prąd płynie przez diodę, kondensator ładuje się gdy sinusoida napięcia przyjmuje znak dodatni. Gdy sinusoida zmienia znak na ujemny, kondensator rozładowuje się przez rezystancję. Przejście

z jednego stanu do drugiego następuje szybko, co powoduje uzyskanie prawie ciągłego przepływu prądu ze znakiem dodatnim, niewiele zmieniającego swą wartość. Wygładzanie charakterystyki zależy od czasu ładowania i rozładowania kondensatora.

b) prostownik jednopołówkowy bez pojemności C - szeregowe połączenie diody i obciążenia. Otrzymano na wyjściu dodatnią część sinusoidy napięcia zaś ujemna została wyzerowana.

c) prostownik dwupołówkowy z pojemnością C - pojemność powoduje, że charakterystyka przepływu napięcia jest wygładzona i utrzymuje się na stosunkowo stałym poziomie.

d) Prostownik dwupołówkowy bez pojemności C - podczas gdy napięcie jest dodatnie na wyjściu otrzymujemy taką samą dodatnią parabole napięcia, zaś gdzy napięcie jest ujemne następuje zmiana dróg przepływu prądu w mostku i na wykresie widać taką samą parabole dodatnią jak podczas napięcia z dodatnim znakiem.

E

E

A

A

V

V

---