1. Wstęp teoretyczny

1.1 Dioda- to element półprzewodnikowy, który przewodzi prąd tylko w jednym kierunku (zwanym kierunkiem przewodzenia) oraz blokuje jego przepływ w kierunku drugim. Właściwość ta jest wykorzystywana m.in. do prostowania napięcia przemiennego. Istnieje wiele rodzajów diód, wśród których warto wymienić:

-diody prostownicze

-diody uniwersalne

-diody tunelowe (Esakiego)

-diody Schottky’ego (charakteryzują ją krótkie czasy przełączeń)

-diody stabilizacyjne (Zenera, stabilistory)

-diody pojemnościowe (warikapy- o zmiennej pojemności, waraktory- o zmiennej reaktancji)

Działanie diody półprzewodnikowej dobrze obrazuje jej charakterystyka przedstawiona na poniższym rysunku:

Rys.1 charakterystyka diody półprzewodnikowej

Jak widać, już przy małych napięciach U_ak obserwujemy dynamiczny wzrost przepływającego prądu I.

Aby nie doszło do uszkodzenia diody nie może ono przekroczyć wartości maksymalnej, tj. I_Fmax

Wielkością charakteryzującą diodę jest napięcie przewodzenia, określane jako U_F.

Na rysunku 1 zobrazowano sposób wyznaczenia U_F.

Jest to napięcie odpowiadające natężeniu I_F=0,1I_Fmax. Napięcie przewodzenia zależy od materiału z którego diodę wykonano i tak dla diód krzemowych zawiera się w granicach od 0,5 do 0,8 V natomiast dla germanowych od 0,2 do 0,4V.

Napięcie U_Rmax jest to tzw. napięcie przebicia. Do momentu jego osiągnięcia dioda nie przewodzi prądu ( w kierunku zaporowym), jednak po jego przekroczeniu natężenie prądu płynącego przez diodę rośnie dynamicznie. Zjawisko przebicia wstecznego wykorzystują diody Zenera. W ich przypadku maksymalne napięcie wsteczne jest ściśle określone i nazywane napięciem Zenera.

Diody tego typu stosuje się do stabilizacji napięć stałych w zakresie od 3 do 200V, przy czym im wyższe napięcie tym lepsza stabilizacja.

1.2 Tranzystor, to element półprzewodnikowy o trzech elektrodach, służący do wzmacniania lub przełączania sygnałów. Jest to kluczowy element takich układów elektronicznych jak stabilizatory napięcia czy wzmacniaczy różnych rodzajów. Tranzystory dzielimy na krzemowe i germanowe, z których każdy może być typu pnp oraz npn. Na poniższym rysunku zaprezentowano diodowe modele zastępcze tranzystorów, które są dużym uproszczeniem, jednakowoż dają one pogląd na to jakie napięcia występują między elektrodami.

Rys.2 diodowe modele zastępcze tranzystorów npn i pnp

Dołączona do wspólnej warstwy elektroda nazywana jest bazą. Pozostałe elektrody to emiter E oraz kolektor C. Tranzystory bipolarne występują w trzech układach połączeń:

• układ o wspólnym emiterze (WE lub OE), w którym sygnał jest doprowadzony między

emiter i bazę, a obciążenie jest włączone między kolektor i emiter

• układ o wspólnej bazie (WB lub OB), w którym sygnał jest doprowadzony między emiter

a bazę, a obciążenie jest włączone między kolektor i bazę

• układ o wspólnym kolektorze (WC lub OC), w którym sygnał jest doprowadzony między

bazę a kolektor, a obciążenie jest włączone między emiter i kolektor

Do opisu działania tranzystora pomocne są jego charakterystyki statyczne.

a) charakterystyka wejściowa I_B(U_BE)

b) charakterystyka wyjściowa I_C(U_CE)

c) charakterystyka przejściowa I_C(U_BE)

d) zależność prądu I_C od prądu I_B

Do pełnego scharakteryzowania tranzystora potrzebne są także jego parametry graniczne, których przekroczenie spowoduje uszkodzenie tranzystora. Do parametrów granicznych należą:

- dopuszczalne napięcia między poszczególnymi elektrodami

-maksymalny prąd kolektora i bazy

-maksymalna dopuszczalna moc strat

3. Opracowanie wyników i tabele

a) charakterystyka diody półprzewodnikowej

Na jednym wykresie zawarliśmy wyniki pomiarów zarówno w kierunku przewodzenia (forward) jak i w kierunku zaporowym (reverse). Łatwo zauważyć, że prąd nie jest przewodzony w kierunku zaporowym. Dalsze zwiększanie napięcia mogłoby spowodować uszkodzenie diody (nastąpiłoby przebicie).

Możemy też wyznaczyć napięcie przewodzenia diody U_F, które odczytujemy przy natężeniu I_F=0,1I_Fmax.

W naszym przypadku wynosi ono około 0,6V, co wskazuje na to, że mamy do czynienia z diodą krzemową.

b) charakterystyka diody Zenera

W przeciwieństwie do diody półprzewodnikowej w diodzie Zenera zwiększaliśmy napięcie w kierunku przewodzenia aż do wystąpienia przebicia, które to nastąpiło dla napięcia Zenera U_Z=6,17 V.

Dalszy wzrost napięcia powoduje dynamiczny wzrost natężenia prądu płynącego przez diodę.

Podobnie jak w poprzednim przypadku możemy wyznaczyć napięcie przewodzenia diody U_F, które w tym przypadku jest nieco większe i wynosi około 0,7 V i mieści się w wartościach charakteryzujących diodę krzemową.

c) charakterystyki wejściowe, wyjściowe i przejściowe tranzystora

Dodatkowo wyznaczyliśmy charakterystykę „małosygnałowego współczynnika wzmocnienia prądowego” β

w zależności od natężenia prądu kolektora.

Powyższe cztery wykresy przedstawiają charakterystyki tranzystora, potrzebne do opisu i analizy jego działania. Dodatkowo można też sporządzić charakterystykę wyjściową I_C(U_CE).

Otrzymane przez nas wykresy pokrywają się z charakterystykami zamieszczonymi w instrukcji.

Dodatkowo sporządzona charakterystyka współczynnika β obrazuje spadek wzmocnienia wraz ze wzrostem natężenia prądu kolektora