Robert Łebkowski

Nr albumu 4741

ELEMENTY ELEKTRONICZNE – LABORATORIUM

Sprawozdanie

Temat: Własności diody.

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zrozumienie własności diod ze złączem p-n, poznanie własności diod każdego typu oraz nauka testowania parametrów diod każdego typu za pomocą różnych przyrządów.

Wstęp teoretyczny:

Dioda jest elementem elektronicznym zbudowanym z dwóch półprzewodników (typu p i typu n). Właściwie jest to miejsce zetknięcia sie tych dwóch półprzewodników.

Półprzewodnik typu p posiada atomy czterowartościowe i atomy trójwartościowe. W wyniku tego występują "braki" elektronów. Są to dziury (nadmiarowe nośniki większościowe). Prąd w tym półprzewodniku składa sie praktycznie tylko z dziur.

W półprzewodniku typu n sytuacja jest podobna, lecz są tu atomy o wartościowości 5. W wyniku tego występuje nadmiar elektronów. Są to nadmiarowe nośniki większościowe dla tego typu półprzewodnika. Prąd w tym półprzewodniku składa sie praktycznie tylko z elektronów.

Działanie diody jest następujące:

W miejscu styku dwóch rożnych półprzewodników tworzy sie bariera potencjałów (spowodowana różnica ładunków atomów domieszki obu półprzewodników).

Polaryzacja diody w kierunku przewodzenia powoduje odłożenie sie największego napięcia na złączu (największa oporność) w wyniku tego napięcie na złączu maleje, maleje szerokość obszaru zubożonego i maleje natężenie pola elektrycznego w złączu. Po osłabieniu pola nośniki większościowe będą mogły pokonywać złącze ruchem dyfuzyjnym, a w obwodzie zewnętrznym popłynie znaczny prąd.

Polaryzacja diody w kierunku zaporowym powoduje:

1. Zwiększenie szerokości obszaru zubożonego gdyż przyłożone napięcie odkłada sie przede wszystkim na złączu.

2. Zwiększenie pola elektrycznego w złączu i skuteczne zahamowanie dyfuzyjnego ruchu nośników większościowych juz przy napięciu 0.1V .

3. Pojawienie sie w obwodzie zewnętrznym niewielkiego prądu pochodzącego od dryftowego ruchu nośników mniejszościowych. Prąd ten posiada małą wartość gdyż koncentracje nośników nmniejszościowych są małe, a średnia prędkość nośników również jest małą.

Przy zwiększaniu napięcia wstecznego diody dochodzi do przebicia złącza. W diodach prostowniczych jest to zjawisko nieodwracalne (występuje tu przebicie cieplne), natomiast w diodach Zennera jest to zjawisko odwracalne ponieważ występuje tu przebicie lawinowe (Uz > 6V) i przebicie tunelowe (Uz < 8V). Przebicie lawinowe polega na wybiciu elektronów z sieci krystalicznej półprzewodnika poprzez bombardowanie jej innymi elektronami (o dużej szybkości - rozpędzone przez pole elektryczne). Przebicie tunelowe polega na wyrwaniu elektronów z sieci krystalicznej przez podanie bardzo dużego pola elektrycznego.

Przyrządy wykorzystywane w ćwiczeniu:

- oscyloskop Rigol DS1052E

- podstawowy moduł edukacyjny KL-22001

- miernik cyfrowy

- moduł KL-25001

Przebieg ćwiczenia:

Wykonaliśmy podłączenia według schematu.

1. Wyznaczanie charakterystyki diody krzemowej impulsowej.

Ustawiliśmy moduł KL-25001 na module KL-22001. Wykonaliśmy połączenia zgodnie ze schematem. Podłączyliśmy do modułu KL-25001napięcie stałe +12 V z zasilacza o napięciu wyjściowym ustawionym na stałe znajdującym się w module 22001. Potencjometrem regulowaliśmy napięcie przyłożone między dwa wyprowadzenia diody CR1. Zmierzyliśmy i zapisaliśmy w tabelce kolejne wartości napięcia i prądu przewodzenia diody CR1. A następnie wykreśliliśmy krzywą I_D=f(U_D) używając do tego wartości z tabelki.

UD	0 [V]	0.1 [V]	0.2 [V]	0.392 [V]	0.499 [V]	0.609 [V]	0.642 [V]	0.661 [V]	0.676 [V]	0.687 [V]
ID	0 [A]	0 [A]	0.2 [µA]	10.7 [µA]	97.0 [µA]	1.01 [mA]	2.02 [mA]	2.99 [mA]	4 [mA]	4.98 [mA]

Następnie obserwowaliśmy charakterystykę prądowo – napięciową diody na oscyloskopie.

1. Wyznaczanie charakterystyki diody germanowej.

Ustawiliśmy moduł KL-25001 na module KL-22001. Wykonaliśmy połączenia zgodnie ze schematem. Podłączyliśmy do modułu KL-25001napięcie stałe +12 V z zasilacza o napięciu wyjściowym ustawionym na stałe znajdującym się w module 22001. Potencjometrem regulowaliśmy napięcie przyłożone między dwa wyprowadzenia diody CR2. Zmierzyliśmy i zapisaliśmy w tabelce kolejne wartości napięcia i prądu przewodzenia diody CR2. A następnie wykreśliliśmy krzywą I_D=f(U_D) używając do tego wartości z tabelki.

UD	0 [V]	0.1 [V]	0.108 [V]	0.181 [V]	0.287 [V]	0.324 [V]	0.346 [V]	0.363 [V]	0.377 [V]
ID	0 [A]	0 [A]	10.4 [µA]	93.4 [µA]	1.01 [mA]	2 [mA]	3 [mA]	4 [mA]	5 [mA]

Następnie obserwowaliśmy charakterystykę prądowo – napięciową diody na oscyloskopie.

1. Wyznaczanie charakterystyki diody prostowniczej krzemowej 1A.

Ustawiliśmy moduł KL-25001 na module KL-22001. Wykonaliśmy połączenia zgodnie ze schematem. Podłączyliśmy do modułu KL-25001napięcie stałe +12 V z zasilacza o napięciu wyjściowym ustawionym na stałe znajdującym się w module 22001. Potencjometrem regulowaliśmy napięcie przyłożone między dwa wyprowadzenia diody CR9. Zmierzyliśmy i zapisaliśmy w tabelce kolejne wartości napięcia i prądu przewodzenia diody CR9. A następnie wykreśliliśmy krzywą I_D=f(U_D) używając do tego wartości z tabelki.

UD	0 [V]	0.1 [V]	0.2 [V]	0.360 [V]	0.457 [V]	0.566 [V]	0.601 [V]	0.621 [V]	0.635 [V]	0.646 [V]
ID	0 [A]	0 [A]	0 [µA]	9.9 [µA]	100.6 [µA]	1 [mA]	2 [mA]	3 [mA]	4.02 [mA]	5 [mA]

Następnie obserwowaliśmy charakterystykę prądowo – napięciową diody na oscyloskopie.

1. Wyznaczanie charakterystyki diody LED zielonej.

Ustawiliśmy moduł KL-25001 na module KL-22001. Wykonaliśmy połączenia zgodnie ze schematem. Podłączyliśmy do modułu KL-25001napięcie stałe +12 V z zasilacza o napięciu wyjściowym ustawionym na stałe znajdującym się w module 22001. Potencjometrem regulowaliśmy napięcie przyłożone między dwa wyprowadzenia diody CR7. Zmierzyliśmy i zapisaliśmy w tabelce kolejne wartości napięcia i prądu przewodzenia diody CR7. A następnie wykreśliliśmy krzywą I_D=f(U_D) używając do tego wartości z tabelki.

UD	0 [V]	0.1 [V]	0.2 [V]	1.655 [V]	1.749 [V]	1.852 [V]	1.893 [V]	1.921 [V]	1.944 [V]	1.962 [V]
ID	0 [A]	0 [A]	0 [µA]	0.0105 [µA]	0.102 [µA]	1 [mA]	2 [mA]	3.02 [mA]	4.02 [mA]	4.9 [mA]

Następnie obserwowaliśmy charakterystykę prądowo – napięciową diody na oscyloskopie.

1. Wyznaczanie charakterystyki diody LED czerwonej CR4.

Ustawiliśmy moduł KL-25001 na module KL-22001. Wykonaliśmy połączenia zgodnie ze schematem. Podłączyliśmy do modułu KL-25001napięcie stałe +12 V z zasilacza o napięciu wyjściowym ustawionym na stałe znajdującym się w module 22001. Potencjometrem regulowaliśmy napięcie przyłożone między dwa wyprowadzenia diody CR4. Zmierzyliśmy i zapisaliśmy w tabelce kolejne wartości napięcia i prądu przewodzenia diody CR4. A następnie wykreśliliśmy krzywą I_D=f(U_D) używając do tego wartości z tabelki.

UD	0 [V]	0.1 [V]	0.2 [V]	1.703 [V]	1.781 [V]	1.868 [V]	1.907 [V]	1.939 [V]	1.967 [V]	1.991 [V]
ID	0 [A]	0 [A]	0 [µA]	0.010 [µA]	0.0994 [µA]	1.02 [mA]	2 [mA]	2.98 [mA]	4 [mA]	4.9 [mA]

Następnie obserwowaliśmy charakterystykę prądowo – napięciową diody na oscyloskopie.

1. Wyznaczanie charakterystyki diody LED czerwonej CR5.

Ustawiliśmy moduł KL-25001 na module KL-22001. Wykonaliśmy połączenia zgodnie ze schematem. Podłączyliśmy do modułu KL-25001napięcie stałe +12 V z zasilacza o napięciu wyjściowym ustawionym na stałe znajdującym się w module 22001. Potencjometrem regulowaliśmy napięcie przyłożone między dwa wyprowadzenia diody CR5. Zmierzyliśmy i zapisaliśmy w tabelce kolejne wartości napięcia i prądu przewodzenia diody CR5. A następnie wykreśliliśmy krzywą I_D=f(U_D) używając do tego wartości z tabelki.

UD	0 [V]	0.1 [V]	0.2 [V]	1.642 [V]	1.707 [V]	1.780 [V]	1.862 [V]	1.898 [V]	1.926 [V]	1.950 [V]	1.969 [V]
ID	0 [A]	0 [A]	0 [µA]	0.002 [µA]	0.0102 [µA]	0.1 [µA]	1 [mA]	2.02 [mA]	3.02 [mA]	4.02 [mA]	4.9 [mA]

Następnie obserwowaliśmy charakterystykę prądowo – napięciową diody na oscyloskopie.

1. Wyznaczanie charakterystyki diody Zenera w kierunku przewodzenia.

Ustawiliśmy moduł KL-25001 na module KL-22001. Wykonaliśmy połączenia zgodnie ze schematem (dioda Zenera połączona w kierunku przewodzenia). Podłączyliśmy do modułu KL-25001napięcie stałe +12 V z zasilacza o napięciu wyjściowym ustawionym na stałe znajdującym się w module 22001. Potencjometrem regulowaliśmy napięcie przyłożone między dwa wyprowadzenia diody CR3. Zmierzyliśmy i zapisaliśmy w tabelce kolejne wartości napięcia i prądu przewodzenia diody CR3. A następnie wykreśliliśmy krzywą I_D=f(U_D) używając do tego wartości z tabelki.

UD	0 [V]	0.1 [V]	0.503 [V]	0.591 [V]	0.667 [V]	0.732 [V]	0.751 [V]	0.762 [V]	0.770 [V]	0.777 [V]
ID	0 [A]	0 [A]	0.0011 [µA]	0.010 [µA]	0.102 [µA]	0.98 [mA]	2 [mA]	3 [mA]	4 [mA]	5 [mA]

Następnie obserwowaliśmy charakterystykę prądowo – napięciową diody na oscyloskopie.

1. Wyznaczanie charakterystyki diody Zenera w kierunku zaporowym.

Ustawiliśmy moduł KL-25001 na module KL-22001. Wykonaliśmy połączenia zgodnie ze schematem (dioda Zenera połączona w kierunku zaporowym). Podłączyliśmy do modułu KL-25001napięcie stałe +12 V z zasilacza o napięciu wyjściowym ustawionym na stałe znajdującym się w module 22001. Potencjometrem regulowaliśmy napięcie przyłożone między dwa wyprowadzenia diody CR3. Zmierzyliśmy i zapisaliśmy w tabelce kolejne wartości napięcia i prądu przewodzenia diody CR3. A następnie wykreśliliśmy krzywą I_D=f(U_D) używając do tego wartości z tabelki.

UD	2.4 [V]	2.9 [V]	3.2 [V]	3.5 [V]	3.7 [V]	3.8 [V]	3.9 [V]	4 [V]
ID	0.1 [mA]	0.5 [mA]	1 [mA]	2 [mA]	3 [mA]	4 [mA]	5 [mA]	7 [mA]

Następnie obserwowaliśmy charakterystykę prądowo – napięciową diody na oscyloskopie.

Wnioski.

W niniejszym doświadczeniu badaliśmy charakterystyki poszczególnych diod, wykreślając je na podstawie napięcia oraz natężenia prądu, które przez nie przepływają. Wykresy są bardzo zbliżone do poprawnych, mianowicie widać na nich tendencje diod do hamowania przepływu ładunków, a także efekt Zenera.