LABORATORIUM ELEKTRONIKI

SPRAWOZDANIE

Ćwiczenie nr 1

POMIAR CHARAKTERYSTYK DIOD I TRANZYSTORÓW

Zespół A

Grupa 216 B

Rok akad. 2006/2007

1. Dziki Adrian

2. Giersz Oskar

3. Jacher Tomasz

4. Jachnicki Rafał

5. Kobyliński Piotr

6. Koselski Piotr

7. Kral Artur

8. Lalik Wiktor

9. Łach Michał

10. Marzec Arkadiusz

11. Rec Maciej

Data wykonania ćwiczenia:

13.03.2007

Prowadzący ćwiczenie:

dr inż. Marek Kowalski

Program ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyk prądowo-napięciowych diod ich parametrów statycznych i dynamicznych oraz zrozumienie zasady działania tranzystorów: bipolarnego npn i unipolarnego (MOSFET) jak również wyznaczenie ich najważniejszych charakterystyk. W celu otrzymania statycznych charakterystyk prądowo-napięciowych elementów półprzewodnikowych należy wykorzystać metodę " punkt po punkcie ". Polega ona na odczytywaniu wartości napięcia na danym elemencie i prądu przepływającego przez ten element.

Opis stanowiska pomiarowego

Schemat stanowiska pomiarowego do wyznaczania charakterystyki statycznej prądowo-napięciowej I= f(U) diody prostownikowej, stabilizacyjnej (Zenera) i luminescencyjnej (LED) przedstawiono na rysunku.

Schemat stanowiska do pomiaru charakterystyk diod półprzewodnikowych.

Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody prostownikowej

Metodyka pomiarów:

Zmieniając za pomocą potencjometru, stanowiącego dzielnik napięcia wartość prądu diody w kierunku przewodzenia, odczytujemy za pomocą woltomierza wartość napięcia na jej zaciskach. Pomiar charakterystyki diody w kierunku przewodzenia rozpoczynamy od wartości napięcia ok. 0,5V na jej zaciskach, zwiększając wartość napięcia kolejno co ok. 0,2V. Następnie zmieniamy polaryzację (odwracamy podstawkę z diodą) i wyznaczamy charakterystykę prądowo-napięciową diody w kierunku zaporowym.

Tabela pomiarów:

Lp.	Kierunek przewodzenia		Kierunek zaporowy
		I [mA]	U [V]	I [mA]	U [V]
1	0,01	0,36	0,001	1
2	0,5	0,51	0,002	2
3	1	0,55	0,003	3
4	2	0,58	0,004	4
5	3	0,6	0,005	5
6	4	0,61	0,006	6
7	5	0,62	0,007	7
8	6	0,63	0,008	8
9	7	0,64	0,009	9
10	8	0,64
11	9	0,65
12	10	0,66

Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej LED

Metodyka pomiarów:

Zmieniając za pomocą potencjometru wartość prądu diody luminescencyjnej koloru czerwonego lub żółtego w kierunku przewodzenia, odczytujemy za pomocą woltomierza wartość napięcia na jej zaciskach. Pomiar charakterystyki diody rozpoczynamy od wartości prądu ok. 0,1 mA zwiększając wartości kolejnych pomiarów co ok. 0,5 mA.

Charakterystyka prądowo-napięciowa diody świecącej w kierunku zaporowym jest podobna do charakterystyki diody prostownikowej, dlatego w tym przypadku pomija się jej wyznaczenie.

Tabela pomiarów:

Lp.	LED (ultrafioletowa)
		I [mA]	U [V]
1	0,01	2,79
2	0,5	2,9
3	1	3,18
4	2	3,23
5	3	3,27
6	4	3,3
7	5	3,33
8	6	3,35
9	7	3,37

Napiecia rzy których diody zaczęły świecić:

- zółta - 1,7V

- czerwona - 1,6V

- ultrafioletowa - 2,9

Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody Zenera

Przedmiotem badań jest półprzewodnikowa dioda Zenera typu: BZP68C6V8 o następujących parametrach: U_z = 6,4 - 7,2 V, P_strat = 0,4 W, r_Zmax = 15 Ω, I_max = 60 mA.

Metodyka pomiarów:

Zmieniając za pomocą potencjometru wartość prądu diody w kierunku zaporowym, odczytujemy za pomocą woltomierza wartość napięcia na jej zaciskach. Pomiar charakterystyki diody rozpoczynamy od wartości prądu ok. 0,1 mA zwiększając wartości kolejnych pomiarów co ok. 0,5 mA. Wyniki notujemy w tabeli.

Charakterystyka prądowo-napięciowa diody Zenera w kierunku przewodzenia jest podobna do charakterystyki diody prostownikowej.

Tabela pomiarów:

Lp.	Kierunek przewodzenia		Kierunek zaporowy
		I [mA]	U [V]	I [mA]	U [V]
1	0,01	0,54	0,1	2,75
2	0,5	0,58	0,5	4,1
3	1	0,66	1	5,33
4	2	0,68	1,5	5,45
5	3	0,69	2	5,54
6	4	0,7	2,5	5,6
7	5	0,7	3	5,65
8	6	0,71	3,5	5,68
9	7	0,71	4	5,72
10	8	0,71	4,5	5,74
11	9	0,72
12	10	0,72

Na podstawie otrzymanej charakterystyki wyznaczyć rezystancję statyczną i dynamiczną dla kierunku przewodzenia i zaporowego:

Rezystancja styczna i dynamiczna dla kierunku zaporowego:

;

Rezystancja styczna i dynamiczna dla kierunku przewodzenia:

;

Pomiar charakterystyk tranzystora bipolarnego n-p-n

Opis stanowiska pomiarowego

Schemat stanowiska pomiarowego do wyznaczania charakterystyk tranzystora bipolarnego przedstawiono na rysunku.

Schemat stanowiska do pomiaru charakterystyk tranzystorów

Pomiar charakterystyki wejściowej tranzystora bipolarnego

Przedmiotem badań jest tranzystor bipolarny npn średniej mocy typu BD 139.

W cokole stanowiska pomiarowego należy umieścić w podstawce tranzystor bipolarny.

Charakterystykę wejściową tranzystora stanowi zależność prądu bazy w funkcji napięcia baza-emiter I_B = f (U_BE).

Metodyka pomiarów:

Zmieniając za pomocą potencjometru (rys. 7.1), wartość prądu bazy w kierunku przewodzenia, odczytujemy za pomocą woltomierza wartość napięcia na zaciskach baza-emiter. Pomiar tej charakterystyki rozpoczynamy od wartości napięcia ok. 0,5V na zaciskach baza-emiter, zwiększając wartość napięcia kolejno co ok. 0,2 V.

Charakterystyka wejściową tranzystora bipolarnego stanowi charakterystyka diody w kierunku przewodzenia.

Tabela pomiarów:

Lp.	Charakterystyka wejściowa Ib=f(UBE)
		IB [mA]	UBE [V]
1	0,01	0,52
2	0,5	0,65
3	1	0,67
4	2	0,69
5	3	0,71
6	4	0,72
7	5	0,72
8	6	0,73
9	7	0,74
10	8	0,74
11	9	0,75

Pomiar charakterystyki wyjściowej tranzystora bipolarnego

Charakterystykę wyjściową stanowi zależność prądu kolektora w funkcji napięcia kolektor-emiter, przy stałym prądzie bazy.

Metodyka pomiarów:

Za pomocą potencjometru ustawić wartość prądu bazy równą 0,05 mA.

Zmieniając wartość napięcia zasilania za pomocą zasilacza zewnętrznego, należy rejestrować zmiany wartości prądu kolektora i napięcia na zaciskach kolektor-emiter tranzystora.

Tabela pomiarów:

Lp.	IB = 0,05 mA
		IC [mA]	UCE [V]
1	6,3	0,3
2	6,25	0,6
3	6,15	1
4	6,1	2
5	6,4	3
6	6,4	4
7	6,35	5
8	6,35	6
9	6,48	7
10	6,45	8

Pomiar charakterystyki przejściowej tranzystora bipolarnego

Charakterystykę wyjściową stanowi zależność prądu wyjściowego w funkcji prądu wejściowego I_C = f (I_B).

Metodyka pomiarów:

Za pomocą pokrętła nastawy napięcia wyjściowego zasilacza ustawić napięcie zasilania 12 V.

Zmieniając za pomocą potencjometru w stanowisku wartość prądu bazy tranzystora, odczytujemy za pomocą miliamperomierza, umieszczonego w obwodzie bazy, wartość prądu sterującego tranzystorem oraz odczytujemy wartość prądu kolektora. Wyniki notujemy w tabeli.

Tabela pomiarów:

Lp.	Charakterystyka przejściowa IC = f (IB)
		IB [mA]	IC [mA]
1	0,04	5
2	0,08	10
3	0,11	15
4	0,15	20
5	0,19	25
6	0,23	30
7	0,27	35
8	0,32	40

W sprawozdaniu wykreślić charakterystykę wyjściową tranzystora bipolarnego, zaznaczyć liniowy zakres pracy. Na podstawie pomiarów wyliczyć i wykreślić współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora β = ΔI_C/ ΔI_B w funkcji prądu bazy_.

Współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora

β = ΔI_C/ ΔI_B = 5mA / 0,04mA = 125

Pomiar charakterystyki przejściowej tranzystora unipolarnego MOSFET z kanałem typu n

Przedmiotem badań jest tranzystor średniej mocy MOSFET typu IRF450N z kanałem n o następujących parametrach: I_Dmax = 27A, U_{GS zał} = 3V, R_{DS ON} = 0,05 Ω.

W cokole stanowiska pomiarowego należy umieścić w podstawce tranzystor unipolarny.

Charakterystykę przejściową tranzystora stanowi zależność prądu drenu w funkcji napięcia sterującego I_D = f (U_GS).

Metodyka pomiarów:

Zmieniając za pomocą potencjometru, wartość napięcia sterującego na zaciskach bramka-źródło, mierzymy tę wartość U_GS i odczytujemy za pomocą amperomierza wartość prądu drenu (wyjściowego).Pomiar tej charakterystyki rozpoczynamy od wartości napięcia U_GS= 2V na zaciskach bramka-źródło.

Tabela pomiarów:

Lp.
		UGS [V]	UDS [V]	ID	RDS = UDS/ID
1	2	0,011	53,4	0,000206
2	3	0,02	53,5	0,000344
3	3,2	0,09	53,7
4	3,4	0,112	53,8
5	3,6	0,08	53,8
6	3,8	0,06	53,8
7	4,0	0,05	53,8
8	4
9	4,2	0,004	53,8
10	4,5	0,004	53,8

Pomiar charakterystyki przejściowej tranzystora IGBT

Przedmiotem badań jest tranzystor IGBT typu MGP20N60, średniej mocy o następujących parametrach: I_Kmax = 20A, U_{KE max} = 600V.

W cokole stanowiska pomiarowego należy umieścić w podstawce tranzystor IGBT.

Charakterystykę przejściową tranzystora stanowi zależność prądu kolektora w funkcji napięcia sterującego I_K = f (U_GE).

Metodyka pomiarów:

Zmieniając za pomocą potencjometru, wartość napięcia sterującego na zaciskach bramka-emiter, mierzymy tę wartość U_GE i odczytujemy za pomocą amperomierza wartość prądu kolektora (wyjściowego). Pomiar tej charakterystyki rozpoczynamy od wartości napięcia U_GE= 5V na zaciskach bramka-emiter.

Tabela pomiarów:

Lp.
		UGE [V]	UKE [V]	IK[mA]
1	5	12	0,01
2	5,5	11,91	0,05
3	6,0	11,69	1,33
4	6,5	4,55	34
5	7,0	0,72	50,6
6	7,5	0,71	50,6

WNIOSKI

Charakterystyki prądowo-napięciowe wykreślone w oparciu o w wyniki pomiarów przeprowadzonych w trakcie ćwiczeń laboratoryjnych mają podobny przebieg jak wzorcowe charakterystyki. Wszelkie odchylenia i odstępstwa od charakterystyk wzorcowych są prawdopodobnie wynikiem błędów pomiarowych.

---