Inżynieria Środowiska I	Bernasiński Karol	27.04.2010
Ćw. nr 12	Badanie własności prostowniczych diod półprzewodnikowych

Uwagi :

1. Wstęp

Dioda jest to elektryczny element półprzewodnikowy. Cechą charakterystyczną jest wyłącznie jednokierunkowy przepływ prądu (w kierunku przewodzenia). Elektroniczne diody półprzewodnikowe wykonane są zazwyczaj, w oparciu o złącze dwóch półprzewodników (złącze p-n). W obszarze typu „n” występują nośniki większościowe ujemne (elektrony) oraz unieruchomione w siatce krystalicznej atomy domieszek (donory, V grupa układu okresowego). W obszarze typu „p” nośnikami większościowymi są dziury oraz atomy domieszek akceptorowych.

Stan w złączu niespolaryzowanym w pobliżu złącza p-n nośniki większościowe dyfudują, co spowodowane jest różnicą koncentracji nośników. Gdy elektrony przemieszczają się do obszaru „p” a dziury do „n”, stają się nośnikami mniejszościowymi. Dochodzi do rekombinacji z nośnikami większościowymi, które nie przeszły na drugą stronę złącza. Powoduje to redukcję nośników po obu stronach złącza. W efekcie powstają nieruchome jony, które wytwarzają pole elektryczne zapobiegające dalszej dyfuzji (warstwa zaporowa).

Polaryzacja w kierunku przewodzenia – bariera potencjałów zostaje zmniejszona o wartość zewnętrznego napięcia U. Gdy U przekroczy wartość napięcia dyfuzyjnego, wówczas obszar zubożony znika i praktycznie bez przeszkód następuje przepływ prądu elektrycznego.

Polaryzacja zaporowa – w tym przypadku bariera potencjałów zwiększa się, gdyż do napięcia dyfuzyjnego dodaje się napięcie zewnętrzne. Przy takiej polaryzacji płynie tylko niewielki prąd unoszenia.

Przebicie lawinowe – jeśli napięcie przyłożone w kierunku zaporowym jest odpowiednio duże, to nośniki przechodzące przez obszar zubożony uzyskują duża energię. Zderzają się z węzłami siatki krystalicznej przekazując im swoją energię, co powoduje przejście elektronów do pasma przewodnictwa (a więc i utworzenie dziur). Pojawiają się nowe nośniki, które również doznają przyspieszenia, zderzają się z węzłami siatki itd. Proces ten nabiera charakteru lawinowego i nazywany jest przebiciem lawinowym – nie powoduje jednak uszkodzenia złącza. Efektem jest gwałtowny wzrost prądu w obwodzie (prąd jonizacji lawinowej).

DIODA II	DIODA III
Kierunek przewodzenia	Kierunek zaporowy
U [V]	I [mA]
0,000	0
0,200	0
0,400	0
0,500	0,07
0,550	0,3
0,600	0,83
0,620	1,4
0,640	2,54
0,660	4,7
0,680	6,9
0,700	11,3
0,720	18
0,740	29,7
0,760	57,8
0,780	74,2

Diody Luminescencyjne

Tylko kierunki przewodzenia

G	B	UV
U [V]	I [mA]	U [V]
0,00	0	0,000
1,000	0	1,500
1,500	0	2,000
1,600	0	2,200
1,700	0	2,400
1,750	0	2,500
1,800	0,25	2,600
1,850	0,92	2,650
1,900	2,37	2,700
1,950	4,05	2,750
2,000	6,72	2,800
2,050	9,73	2,850
2,100	12,92	2,900
2,150	16,32	2,950
2,200	20,1	3,000
		3,050
		3,100

1. Obliczenia

• Niepewności pomiarowe należy obliczyć ze wzoru

∆(U)=U*0,05 ∆(I)=I*0,05

• Niepewności standardowe należy obliczyć ze wzoru

$$U\left( x \right) = \sqrt{\frac{\left(_{d}x \right)^{2}}{3}}$$

Dla U= 0,200 ∆(U_0,2)=0,2*0,05=0,01

$$U\left( U_{0,2} \right) = \sqrt{\frac{{0,01}^{2}}{3}} = 0,0058\ V$$

Analogicznie dla wszystkich diod ( wyniki w tabelach poniżej)

Dioda II
Kierunek przewodzenia
U [V]
0
0,2
0,4
0,5
0,55
0,6
0,62
0,64
0,66
0,68
0,7
0,72
0,74
0,76
0,78

Dioda III
Kierunek przewodzenia
U [V]
0
0,2
0,4
0,5
0,6
0,63
0,65
0,68
0,7
0,71
0,72
0,73
0,74
0,75
0,76

Diora G (Green)
U [v]
0
1
1,5
1,6
1,7
1,75
1,8
1,85
1,9
1,95
2
2,05
2,1
2,15
2,2

Dioda B ( blue )
U [V]
0
1,5
2
2,2
2,4
2,5
2,6
2,65
2,7
2,75
2,8
2,85
2,9
2,95
3
3,05
3,1

Dioda UV
U [V]
0
1,5
2
2,5
2,7
2,8
3
3,1
3,2
3,3
3,4
3,45
3,5
3,55
3,6
3,7
3,8

• Szacowana wartość napięcia progowego U _b dla poszczególnych diod w kierunku przewodzenia wynosi:

U _b (II) = 0,5 V

U _b (III) = 0,6 v

U _b (G) = 1,8 V

U _b (B) = 2,5 v

U _b (UV) = 1,5 V

W kierunku zaporowym:

U _b (II) = ----

U _b (III)= 18 V

Niepewność skalowania

_dU_b = 0, 05 *  U_b

Kierunek przewodzenia:

_dU_bII = 0, 05 * 0, 5=0,025 V

_dU_bIII = 0, 05 * 0, 6=0,03 V

_dU_bG = 0, 05 * 1, 8 = 0, 09 V

_dU_bB = 0, 05 * 2, 5 = 0, 125 V

_dU_bUV = 0, 05 * 1, 5 = 0, 075 V

Kierunek zaporowy:

_dU_bIII = 0, 05 * 18 = 0, 9 V

1. Wnioski

W tym ćwiczeniu należało zbadać własności prostownicze diod półprzewodnikowych w kierunku przewodzenia i zaporowym, a także wyznaczyć ich charakterystyki prądowo-napięciowych. Analizie podlegało 5 diod w kierunku przewodzenia w tym 2 w kierunku zaporowym. Zostały wyznaczone napięcia progowe diod. Podsumowując dioda 2 (III) ma najmniejsze napięcie progowe, z czego wynika, że najlepiej przewodzi prąd w kierunku przewodzenia. Natomiast największy opór w kierunku przewodzenia stawia dioda B.

W kierunku zaporowym największy a zarazem najmniejszy opór stawia dioda III ( ponieważ dioda II w tym kierunku przy maksymalnym mierzonym napięciu 24 V nie wykazywała żadnego natężenia)