2010.10.20

ELEMENTY PÓŁPRZEWODNIKOWE

LABOLATORIUM

Ćwiczenie nr 1

TEMAT: Badanie charakterystyk statycznych diod półprzewodnikowych.

Wykonali:

Korczak

Moda na sukces

Mudzin (Czarna Mamba)

1. WSTĘP

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się charakterystykami statycznymi oraz parametrami modeli statycznych diod. Wyznaczone zostaną charakterystyki:

• statyczne I(U) wyżej wymienionych diod spolaryzowanych przewodząco (skala liniowo-liniowa)

• statyczną diody prostowniczej (skala logarytmiczno-liniowa)

• statyczną diody stabilizacyjnej (skala logarytmiczno-liniowa)

Charakterystyki wyznaczamy badając następujące układy pomiarowe:

• kierunek przewodzenia

• kierunek zaporowy

1. 
   Wyniki pomiarów

• temperatura otoczenia w czasie wykonywania pomiarów wynosiła T=22°C

• wyniki pomiarów w kierunku przewodzenia

Dioda Schottkiego

N.p.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U[V]	0,414	0,408	0,401	0,394	0,387	0,383	0,38	0,378	0,376	0,373
I[mA]	100	90	80	70	60	50	47	45	43	40
11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
0,371	0,368	0,365	0,361	0,358	0,355	0,353	0,351	0,347	0,343
38	35	33	30	27	25	23,5	22,5	20	18
21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
0,338	0,333	0,325	0,285	0,273	0,245	0,305	0,181	0,2	0,064
15	13	10	2,5	1,5	0,5	5	0,05µ	0,1µ	0,0005µ
Dioda Prostownicza
N.p	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
I[mA]	100	90	80	70	60	50	45	40	35	30
U[V]	0,82	0,81	0,81	0,80	0,79	0,79	0,78	0,77	0,76	0,76
Log(I)	2,00	1,95	1,90	1,85	1,78	1,70	1,65	1,60	1,54	1,48
11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21
25,00	20,00	15,00	10,00	5,00	2,50	0,50	0,10	0,05	0,02	0,00
0,75	0,74	0,72	0,71	0,67	0,65	0,57	0,53	0,51	0,48	0,33
1,40	1,30	1,18	1,00	0,70	0,40	-0,30	-1,00	-1,30	-1,70	-3,30
Dioda Stabilizacyjna
N.p.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
I[mA]	100	90	80	70	60	50	45	40	35	30
U[V]	0,90	0,89	0,87	0,86	0,84	0,83	0,82	0,81	0,80	0,80
Log(I)	2,00	1,95	1,90	1,85	1,78	1,70	1,65	1,60	1,54	1,48
12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22
20	15	10	5	0,50	0,10	0,05	0,03	0,01	0,00	0,00
0,78	0,76	0,75	0,73	0,66	0,61	0,59	0,57	0,51	0,43	0,45
1,30	1,18	1,00	0,70	-0,30	-1,00	-1,30	-1,60	-2,30	-3,30	-3,00

• spadki napięć na diodach LED przy prądzie 30mA

Dioda LED
I [mA]
U [V]

• wyniki pomiarów w kierunku zaporowym

	U [V]	-1	-10
LED	I [μA]	0< I <0,001	0,001
Prostownicza	I [μA]	0< I <0,001	0,001< I <0,002
Stabilizacyjna	I [μA]	0< I <0,001	3,17
Schottkyego	I [μA]	-0,07	-0,16

3. Charakterystyki statyczne i(u) diod spolaryzowanych przewodząco w skali liniowo-liniowej

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

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

6. Wyznaczanie współczynnika nieidealności.

• obliczenia napięcia UT dla temperatury panującej w laboratorium

T-temperatura w laboratorium

T=22°C = 295K

k-stała Boltzmana

$$k = 1,38 10^{- 3}\frac{J}{K}$$

q – ładunek elektronu

q = 1, 610⁻¹⁹C

$$U_{T} = \frac{1,38 10^{- 23} 295}{1,6 10^{- 19}} = 0,00258 = 25,8 10^{- 3}\lbrack eV\rbrack$$

• wyznaczanie współczynnika nieidealności dla diody stabilizacyjnej

Dwa punkty z zakresu średnich prądów:

I₁ = 0, 5 [mA]

U₂ = 0, 607 [V]

I₂ = 0, 1 [mA]

$$n = \frac{0,607 - 0,658}{25,4 10^{- 3}ln(\frac{0,1 10^{- 3}}{0,5 10^{- 3}})} = \frac{- 0,051}{0,0254 ( - 1,61)} = \frac{- 0,051}{- 0,04088} \approx 1,26$$

• wyznaczanie współczynnika nieidealności dla diody prostowniczej

Dwa z zakresu średnich prądów:

I₁ = 0, 5 [mA]

I₂ = 0, 05 [mA]

$$n = \frac{0,507 - 0,573}{25,4 10^{- 3}ln(\frac{0,05 10^{- 3}}{0,5 10^{- 3}})} = \frac{- 0,066}{0,0254 ( - 2,3)} = \frac{- 0,066}{- 0,058} \approx 1,14$$

6. Wyznaczanie prądu Is

• dla diody prostowniczej prąd Is wyznaczamy z charakterystyki 4

Is≈0,001µA

• dla diody stabilizacyjnej prąd Is wyznaczamy z charakterystyki 5

Is≈3,21µA

6. Wyznaczanie rezystancji szeregowej rs

• Rezystancja szeregowa diody prostowniczej

I=100mA U=0,844V

Ui≈0,55V

Urs=0,294V

Rs=2,94Ω

• Rezystancja szeregowa diody stabilizacyjnej

I=100mA U=1,44V

Ui=0,81V

Urs=0,63V

Rs=6,3Ω

6. Spadki napięć na różnych diodach

I=30mA
UD1 prostownicza	0,751V
UD2 stabilizacyjna	0,879V
UD3 schottkiego	0,356V
UD luminescencyjna	2,24V

Przy określonym prądzie na różnych diodach są różne spadki napięć. Jest to uzależnione od napięcia progowego danej diody. Im mniejsze będzie napięcie progowe tym mniejsze będzie napięcie danej diody przy określonym prądzie.

6. Układy prostownicze

• prostownik jednopołówkowy

przebieg na wyjściu generatora

przebieg z odłączonym kondensatorem

przebieg z dołączonym kondensatorem

• prostownik dwupołówkowy

przebieg z odłączonym kondensatorem

przebieg z dołączonym kondensatorem

Przebiegi na wyjściu prostowników bez kondensatora są w przypadku jednopołówkowego pozbawione tylko napięć ujemnych, natomiast w dwupołówkowym napięcia ujemne są zamienione na dodatnie.

Po dołączeniu kondensatora parametry prostownika jednopołówkowego zależą od stałych czasowych ładowania RCł i rozładowywania RCr. Jeżeli RCł maleje to ładowanie kondensatora odbywa się szybciej i tętnienia maleją. Składowa stała napęcia wyjściowego wzrasta. Natomiast jeśli RCr wzrasta, to kondensator rozładowuje się wolniej i tętnienia także maleją. Napięcie na kondensatorze dąży do wartości szczytowej napięcia z przed prostownika. Dużą stałą czasową RCr uzyskuje się przy dużych rezystancjach obciążenia Ro.

Prostownik dwupołówkowy działa analogicznie z tym, że proces ładowania i rozładowywania odbywa dię dwukrotnie szybciej. Występują więc mniejsze tętnienia i większa jest składowa stała napięcia.