ZESPÓŁ D 16.04.2014

M5: Charakterystyki podstawowych elementów elektronicznych.

I Wprowadzenie teoretyczne

Dioda to element jednozłączowy niesterowalny stosowany w charakterze prostownika. Zbudowana jest z dwóch warstw półprzewodnika tworzących złącze typu n-p lub z połączenia półprzewodnika z odpowiednim metalem - dioda Schottky'ego. Końcówka dołączona do obszaru n nazywa się katodą, natomiast do obszaru p - anodą. Element ten charakteryzuje się jednokierunkowym przepływem prądu od anody do katody. Diody półprzewodnikowe mają bardzo duże zastosowanie, wykorzystuje się je m.in. do prostowania prądu przemiennego.

Dioda germanowa to dioda półprzewodnikowa wykonana z kryształu germanu. Odznacza się niskim spadkiem napięcia w kierunku przewodzenia (0,2 V) i małą odpornością na wysoką temperaturę.

Dioda krzemowa - dioda półprzewodnikowa, której materiałem półprzewodnikowym jest krzem. Występuje dzisiaj najczęściej. Diody przeznaczone do pracy przy małych prądach

Dioda Zenera (inaczej: stabilistor) - odmiana diody półprzewodnikowej, której głównym parametrem jest napięcie przebicia złącza p-n. Po przekroczeniu napięcia przebicia ma miejsce nagły, gwałtowny wzrost prądu. W kierunku przewodzenia (anoda spolaryzowana dodatnio względem katody) zachowuje się jak normalna dioda, natomiast przy polaryzacji zaporowej (katoda spolaryzowana dodatnio względem anody) może przewodzić prąd po przekroczeniu określonego napięcia na złączu, zwanego napięciem przebicia. Przy niewielkich napięciach (do ok. 5 V) podstawową rolę odgrywa zjawisko Zenera, w zakresie od 5 do 7 V zjawisko Zenera i przebicie lawinowe, a powyżej 7 V - wyłącznie przebicie lawinowe. Napięcie przebicia jest praktycznie niezależne od płynącego prądu i zmienia się bardzo nieznacznie nawet przy dużych zmianach prądu przebicia (dioda posiada w tym stanie niewielką oporność dynamiczną).

Tyrystor - element półprzewodnikowy składający się z 4 warstw w układzie p-n-p-n. Jest on wyposażony w 3 elektrody, z których dwie są przyłączone do warstw skrajnych, a trzecia do jednej z warstw środkowych. Elektrody przyłączone do warstw skrajnych nazywa się katodą (K) i anodą (A), a elektroda przyłączona do warstwy środkowej - bramką (G, od ang. gate - bramka).

II Przebieg ćwiczenia

1. Pomiar charakterystyk I = I (U) diod i tyrystora

Badania charakterystyk diod i tyrystora przeprowadzaliśmy na przedstawionym niżej schemacie. Układ jest zasilany prądem przemiennym.

1. DG - dioda germanowa:

Charakterystyka diody germanowej:

X - napięcie(U)

Y - prąd(I)

Gdy napięcie jest ujemne prąd nie płynie. Przy niewielkim napięciu powyżej 0 prąd przewodzenia wzrasta do dużych wartości. Maksymalne napięcie wynosi U = 0,402 V.

2. DK - dioda krzemowa

Charakterystyka diody krzemowej:

X - napięcie (U)

Y - prąd (I)

Gdy napięcie jest ujemne prąd nie płynie. Przy niewielkim napięciu powyżej 0 prąd przewodzenia wzrasta do dużych wartości. Maksymalne napięcie wynosi U = 0,861V.

3. DZ - dioda Zenera

Charakterystyka diody Zenera:

X - napięcie (U)

Y - prąd (I)

Można zauważyć na wykresie, że istnieje pewna wartość napięcia wstecznego, przy którym dioda Zenera zaczyna przewodzić prąd - jest to charakterystyczna wartość tej diody - napięcie Zenera. Maksymalne napięcie dodatnie wynosi: 0,783 V.

4. TYR - tyrystor

Charakterystyka tyrystora:

X - napięcie (U)

Y - prąd (I)

2. Pomiar charakterystyki wyjściowej tranzystora I_c = I_c (U_ce)

Układ do pomiaru charakterystyki wyjściowej:

Układ do pomiaru charakterystyki wyjściowej tranzystora:

Charakterystyki tranzystora dla różnych prądów bazy:

10µA

30 µA

50 µA

70 µA

Charakterystyka zbiorcza:

Z wykresów widać, że prąd, do pewnej wartości napięcia, rośnie szybko i proporcjonalnie, a powyżej tej wartości napięcia prąd się praktycznie stabilizuje (nie zależy od napięcia kolektor-emiter), natomiast zależy od prądu bazy. Jeżeli zwiększamy prąd bazy to zwiększa się również prąd kolektora.

---