1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było wyznaczenie charakterystyk elementów półprzewodnikowych jakimi są diody.

Podstawę większości diod półprzewodnikowych stanowi złącze p-n. Ze względu na ich zastosowanie wyróżnia się między innymi diody prostownicze i stabilizacyjne, które będą badane podczas ćwiczenia.

1. b)

Rysunek 1. Symbole diody prostowniczej (a) i diody Zenera (b).

Wyprowadzenie diody A to anoda, a wyprowadzenie K – katoda.

Jeżeli do anody doprowadzi się napięcie dodatnie względem katody (U_AK>0), to będzie ona spolaryzowana w kierunku przewodzenia i prąd popłynie od anody do katody. Przy ujemnych wartościach U_AK dioda jest spolaryzowana zaporowo i płynie przez nią tzw. prąd wsteczny, zwykle o kilka rzędów mniejszy niż prąd przewodzenia. Wartość napięcia zaporowego nie może przekroczyć pewnej granicy - tak zwanego napięcia przebicia, gdyż wówczas popłynie prąd porównywalny z prądem w kierunku przewodzenia. Najczęściej powoduje to uszkodzenie diody, z wyłączeniem przypadku, gdy mamy do czynienia z diodą Zenera (stabilizatorem), w której napięcie przebicia wykorzystywane jest do stabilizacji.

Stabilizacja na diodzie Zenera polega na wykorzystaniu przebicia przy polaryzacji wstecznej diody, charakteryzującego się tym, że dużym zmianom prądu diody towarzyszą małe zmiany spadku napięcia.

2. Stanowisko pomiarowe

Podczas pomiarów badano dwie diody: zwykłą(prostowniczą) i Zenera. Za pomocą potencjometru zmieniano napięcie na elektrodach diody, jednocześnie obserwując zmiany prądu diody.

Rysunek . Układ pomiarowy z diodą w kierunku przewodzenia (I_F - prąd przewodzenia, U_F - napięcie przewodzenia).

Rysunek . Układ pomiarowy z diodą w kierunku zaporowym (I_R - prąd wsteczny, U_R - napięcie wsteczne).

Za pomocą przełącznika i zworek umieszczonych na płytce zestawiano układ pomiarowy dla kierunku przewodzenia (F) i zaporowego (R).

Rysunek . Płytka do badania charakterystyk diod.

3. Pomiary.

Dioda I - prostownicza		Dioda II - Zenera
U / V	I / mA
0,790	120,1
0,790	113,0
0,794	108,0
0,793	102,0
0,790	96,4
0,787	89,6
0,785	85,4
0,778	79,6
0,777	73,8
0,775	68,1
0,771	61,9
0,766	55,6
0,761	49,6
0,757	44,1
0,749	37,6
0,740	30,9
0,733	25,1
0,724	20,0
0,712	14,7
0,698	10,3
0,689	8,0
0,672	5,2
0,646	2,7
0,584	0,5
0,405	0
-1,260	-0,0002
-1,270	-0,0002
-1,680	-0,0003
-2,000	-0,0003
-2,360	-0,0003
-2,590	-0,0004
-2,980	-0,0004
-3,330	-0,0005
-3,660	-0,0005
-3,980	-0,0006
-4,290	-0,0006
-4,690	-0,0007
-4,990	-0,0007
-5,300	-0,0008
-5,630	-0,0008
-5,950	-0,0009
-6,250	-0,0009
-6,470	-0,0009
-6,700	-0,001
-7,000	-0,001
-7,260	-0,001

4. Obliczenia.

Wykres 1. Charakterystyka diody I - prostowniczej.

I_Fmax = 120 mA

I_F = 0, 1 • I_Fmax = 12 mA

Dla I_F = 12 mA napięcie przewodzenia wynosi ok. U_F = 0, 7 V.

Wykres . Charakterystyka diody II - Zenera.

I_Fmax = 126 mA

I_F = 0, 1 • I_Fmax = 12, 6 mA

Dla I_F = 12, 6 mA napięcie przewodzenia wynosi ok. U_F = 0, 8 V.

Dla I_Z = 5 mA (przyjętego na podstawie danych katalogowych zamieszczonych w instrukcji) napięcie przebicia, zwane napięciem Zenera, wynosi ok. U_Z = 6, 2 V.

5. Wnioski.

Otrzymana wartość napięcia przewodzenia U_F = 0, 7 V pozwala stwierdzić, że badana dioda prostownicza była diodą krzemową, ponieważ jej napięcie przewodzenia zawiera się pomiędzy 0,5V a 0,8V. Dioda ta w kierunku przeciwnym prawie nie przewodzi prądu (wartości odczytane z amperomierza wynosiły kilka mikroamperów).

Dla diody Zenera charakterystyka napięciowa w kierunku przewodzenia jest podobna, jednakże w przypadku podłączenia jej zaporowo, można zaobserwować, że przy pewnym napięciu wstecznym U_Z następuje gwałtowny przyrost prądu I już dla niewielkich zmian napięcia U. Świadczy to o właściwościach stabilizacyjnych diody (bardziej gwałtowny skok wykresu).