Politechnika Wrocławska Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych	Sprawozdanie sporządził: Wojciech Sikora	Wydział Elektryczny W-5 Rok: II Grupa: I Rok Akadem. 2013/2014 Wtorek 9:15
Laboratorium Podstaw Elektroniki
Data ćwiczenia: 11.03.2014	Temat ćwiczenia: Diody półprzewodnikowe. Charakterystyki, modele, zastosowania.	Ocena:
Nr ćwiczenia: 2

1. Cel i zakres ćwiczenia:

Praktyczne poznanie układów do badania charakterystyk statycznych diod półprzewodnikowych, odcinków (zakresów): przewodzenia, zatkania, przebicia. Przyswojenie kształtu charakterystyk i ich matematycznego opisu. Poznanie i badanie najprostszych układów aplikacyjnych diod.

1. Schematy układów pomiarowych:

Rys.1 Układ poprawnego pomiaru napięcia (UPPN) do badania charakterystyk diod: zakresu przewodzenia.

Rys. 2 Układ poprawnego pomiaru napięcia (UPPN) do badania charakterystyk diod: zakresu przebicia - stabilizacji przy wstecznej polaryzacji diody Zenera

1. Spis przyrządów:

• Źródło nastawne typ ŹNM-2/97 [I29/EW-286/2000] ,

• Źródło nastawne typ ŹNM-3/97 [I29/EW-286/2000] ,

• Multimetr cyfrowy METEX MXD-4660A [I29-IVa 4539],

• Dekadowy obciążalnik rezystancyjny typ OD-Rb [I29-IVa-4492],

• Makieta laboratoryjna: stabilizatory [I29/EW-25k/2000].

• Multimetr PROFITEC DT-380 [I29-IVa-4293].

1. Wyniki pomiarów razem z wykresami:

   1. Badania zakresu przewodzenia diod.

• Tabele pomiarowe

Charakterystyki przewodzenia IF =f(UF) diod. Układ z rys. 1 przyrządy: V: Multimetr cyfrowy METEX MXD-4660A [I29-IVa 4539], A: Multimetr PROFITEC DT-380 [I29-IVa-4293]
Rodzaj i typ diody
Lp.
1
2
3
4
5

Charakterystyki przewodzenia IF =f(UF) diod. Układ z rys. 1 przyrządy: V: Multimetr cyfrowy METEX MXD-4660A [I29-IVa 4539], A: Multimetr PROFITEC DT-380 [I29-IVa-4293]
Rodzaj i typ diody
Lp.
1
2
3
4
5

Charakterystyki przewodzenia IF =f(UF) diod. Układ z rys. 1 przyrządy: V: Multimetr cyfrowy METEX MXD-4660A [I29-IVa 4539], A: Multimetr PROFITEC DT-380 [I29-IVa-4293]
Rodzaj i typ diody
Lp.
1
2
3
4
5

Charakterystyki przewodzenia IF =f(UF) diod. Układ z rys. 1 przyrządy: V: Multimetr cyfrowy METEX MXD-4660A [I29-IVa 4539], A: Multimetr PROFITEC DT-380 [I29-IVa-4293]
Rodzaj i typ diody
Lp.
1
2
3
4
5

• Wykres prądowo-napięciowy

• Wyznaczanie modelu praktycznego

Rodzaj i typ diody	D1: uniwersalna krzemowa, 1N4148
Lp.	UF [V]
1	0,629
2	0,665

Rodzaj i typ diody	D2: stabilizacyjna (Zenera), BZP683-C6V8
Lp.	UF [V]
1	0,7194
2	0,7371

Rodzaj i typ diody	D3: Schottky’ego
Lp.	UF [V]
1	0,2137
2	0,2321

Rodzaj i typ diody	D4: LED zielona
Lp.	UF [V]
1	1,8297
2	1,8824

• Przykładowe obliczenia

- dla modelu praktycznego

U_F2 = r_DI_F2 + U_TO

U_F1 = r_DI_F1 + U_TO

U_F2 − U_F1 = r_DI_F2 − r_DI_F1

$$r_{D} = \frac{U_{F2} - U_{F1}}{I_{F2} - I_{F1}}$$

$$r_{D} = \frac{0,665 - 0,629}{\left( 1,999 - 0,999 \right)*10^{- 3}} = 36\Omega$$

U_TO = U_F1 − r_DI_F1

U_TO = 0, 629 − 36 * 0, 999 * 10⁻³ = 0, 593 V

Wyznaczenie I_s oraz M dla Diody Krzemowej i Diody Led.

$$I_{F} = I_{S}\left\lbrack \exp\left( \frac{U_{F}}{M\varphi_{T}} \right) - 1 \right\rbrack$$

Przy opisie charakterystyki diody spolaryzowanej w kierunku przewodzeni i niezbyt dużym prądzie, np. do 1/10 granicznej średniej wartości IF(AV)M można wzór uprościć do postaci:

$$I_{F} = I_{S}\left\lbrack \exp\left( \frac{U_{F}}{M\varphi_{T}} \right) \right\rbrack$$

$$\frac{I_{F2}}{I_{F1}} = exp\left( \frac{U_{F2} - U_{F1}}{M\varphi_{T}} \right)$$

$$M = \frac{U_{F2} - U_{F1}}{\ln\left( \frac{I_{F2}}{I_{F1}} \right)*\varphi_{T}}$$

$$I_{S} = \frac{I_{F}}{\exp\frac{U_{F}}{M\varphi_{T}}}$$

Obliczenia dla diody krzemowej:

$$M = \frac{0,665 - 0,546}{\ln\left( \frac{1,999}{0,199} \right)*25,9*10^{- 3}} = 1,99$$

$$I_{S1} = \frac{0,199*10^{- 3}}{\exp\frac{0,546}{1,99*25,9*10^{- 3}}} = 5,03\ nA$$

$$I_{S2} = \frac{1,999*10^{- 3}}{\exp\frac{0,665}{1,99*25,9*10^{- 3}}} = 5,03\ nA$$

Obliczenia dla diody LED zielonej:

$$M = \frac{1,8824 - 1,7434}{\ln\left( \frac{1,999}{0,199} \right)*25,9*10^{- 3}} = 2,33$$

$$I_{S1} = \frac{0,199*10^{- 3}}{\exp\frac{1,7434}{2,33*25,9*10^{- 3}}} = 0,054\ fA$$

$$I_{S2} = \frac{1,999*10^{- 3}}{\exp\frac{1,8824}{2,33*25,9*10^{- 3}}} = 0,054\ fA$$

1. Badanie zakresu stabilizacji diody Zenera

• Rys. 3 Układ poprawnego pomiaru napięcia (UPPN) do badania charakterystyk diod: zakresu przebicia - stabilizacji przy wstecznej polaryzacji diody Zenera

• Tabela pomiarowa

Charakterystyki stabilizacji IRZ =f(URZ) diody Zenera. Układ z rys. 3przyrządy: V: Multimetr cyfrowy METEX MXD-4660A [I29-IVa 4539], A: Multimetr PROFITEC DT-380 [I29-IVa-4293]
Rodzaj i typ diody
Lp.
1
2
3
4
5
6
7

• Wykres

• Wyznaczanie modelu praktycznego

Rodzaj i typ diody	D4: stabilizacyjna (Zenera), BZP683-C6V8
Lp.	URZ [V]
1	6,671
2	6,690

U_RZ2 = r_ZI_RZ2 + U_Z

U_RZ1 = r_zI_RZ1 + U_Z

U_RZ2 − U_RZ1 = r_ZI_RZ2 − r_ZI_RZ1

$$r_{Z} = \frac{U_{RZ2} - U_{RZ1}}{I_{RZ2} - I_{RZ1}}$$

$$r_{Z} = \frac{6,690 - 6,671}{\left( 1,999 - 0,998 \right)*10^{- 3}} = 18,98\ \Omega$$

U_Z = U_RZ1 − r_ZI_RZ1

U_Z = 6, 671 − 118, 98 * 0, 998 * 10⁻³ = 6, 65 V

4.3 Badanie zakresu zatkania diod

• Rys. 4 Układ poprawnego pomiaru prądu (UPPP) do badania charakterystyk diod w zakresie zatkania.

• Tabele pomiarowe

Charakterystyki zatkania IR =f(UR) diod. Układ poprawnego pomiaru prądu (UPPP) do badania charakterystyk diod w zakresie zatkania przyrządy: V: Multimetr cyfrowy METEX MXD-4660A [I29-IVa 4539], A: Multimetr PROFITEC DT-380 [I29-IVa-4293]
Rodzaj i typ diody
Lp.
1
2
3
4

4.4 Badanie układu stabilizatora parametrycznego z diodą Zenera

• Rys. 5 Układ parametrycznego stabilizatora napięcia z obciążeniem i przyrządami do badania

• Tabela pomiarowa

Parametryczny stabilizator napięcia, charakterystyki U0=f(Ui) i U0=f(1/RL) Przyrządy V1: Multimetr PROFITEC DT-380 [I29-IVa-4293] V2: Multimetr cyfrowy METEX MXD-4660A [I29-IVa 4539]
RL Ω
∞
1500
820
470

• Wykresy

1. Wnioski

W ćwiczeniu do badania charakterystyki przewodzenia i stabilizacji stosowaliśmy układ poprawnego pomiaru napięcia. Napięcie diod, w zakresie przewodzenia przy coraz większym prądzie, rosło stopniowo bez żadnych zauważalnych skoków. Podczas badania zakresu stabilizacji diody Zenera zauważyliśmy, że niewielkie zmiany napięcia powodowały znaczny wzrost prądu. Do badania charakterystyki zatkania użyliśmy układu poprawnie mierzonego prądu. Po ustawieniu diod w kierunku zaporowym dało się zauważyć, że tylko dioda Schottky’ego wykazała jakiekolwiek prądy płynące przez nią. Podczas pomiarów z diodą LED musiał wystąpić błąd, gdyż wyszło nam, że płyną w niej prądy dużo większe od prądów w diodzie Schottky’ego, co nie powinno w ogóle wystąpić. Najprawdopodobniej układ był źle podłączony albo dioda została źle włożona. Podczas badania układu stabilizatora parametrycznego z diodą Zenera zauważyliśmy, że niezależnie od zwiększania napięcia wejściowego, przy coraz mniejszym obciążeniu napięcie wyjściowe zawsze malało.