Sprawozdanie z Ćwiczenia M5

Temat: Charakterystyki podstawowych elementów elektronicznych

Grupa studencka 1, grupa laboratoryjna 3	Data wykonania ćwiczenia: 27.04.2009r.
Imię i nazwisko
1. Będkowski Tomasz
2. Bełz Sergiusz
3. Bednarski Błażej
4. Bebak Marcin

1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia była obserwacja charakterystyk prądowo-napięciowych podstawowych elementów półprzewodnikowych: diody (krzemowa i germanowa), tyrystora oraz tranzystora.

• 2. Przebieg ćwiczenia

2.1 Badanie charakterystyki zaporowej.

Korzystając z układu przedstawionego na rys. 1 badaliśmy prąd płynący przez

diodę w kierunku zaporowym (wstecznym), prąd ten badaliśmy mikroaperomierem, obserwując jednocześnie na woltomierzu napięcie wsteczne, zakres napięcia od -0,007 V do 3 V. Pomiar przeprowadziliśmy dla diody germanowej. Otrzymaliśmy charakterystykę prądowo-napięciową diody w kierunku zaporowym - wykres 1, zależności I (U).

Rys. 1: Układ do pomiaru charakterystyki diody w kierunku wstecznym (zaporowym)

Widzimy ze prąd wsteczny diody (spolaryzowanej w kierunku zaporowym) rośnie wraz ze wzrostem napięcia polaryzującego (ujemnego), lecz do pewnej granicy - w naszym przypadku 33uA - po osiągnięciu której, nawet znaczące zmiany napięcia polaryzującego nie powodują zmiany prądu wstecznego, aż do napięcia przebicia, które niszczy diode.

Natomiast dioda Zenera badana w kierunku zaporowym może przewodzić prąd, po przekroczeniu dokładnie określonego napięcia, jest to cecha charakterystyczna diody Zenera.

2.2 Badanie charakterystyki diody w kierunku przewodzenia.

Pomiar przeprowadziliśmy w układzie z rys. 2-diodę polaryzujemy w stan przewodzenia, do końcówek X oraz Y podłączamy oscyloskop komputerowy, który umożliwi nam obejrzenie charakterystyki diody na ekranie komputera. Pomiar wykonano dla diody krzemowej, diody germanowej oraz dla diody zenera(w tym samym układzie).

Rys. 2: Układ do obserwacji oscyloskopowej charakterystyki diody w kierunku przewodzenia

Wykres 2: Prąd przewodzenia diody germanowej w funkcji napięcia polaryzacji

Wykres 3: Prąd przewodzenia diody krzemowej w funkcji napięcia polaryzacji

Wykres 4: Prąd przewodzenia diody Zenera w funkcji napięcia polaryzacji

Z analizy charakterystyk prądowo-napięciowych diody(wykres 2,3,4) w kierunku przewodzenia wynika, że aby dioda zaczęła przewodzić musi pojawić się pewne napięcie, od którego dioda zaczyna przewodzić, jest to napięcie progowe. Widać także, iż dioda krzemowa i germanowa mają różne napięcia progowe: ~0,3V germanowa i ~0,7V krzemowa. Zauważamy także, że dioda Zenera spolaryzowana w kierunku przewodzenia zachowuje się jak zwykła dioda.

2.3 Charakterystyka tyrystora

Tyrystor różni się tym od diody, że nie wystarczy go tylko spolaryzować, żeby przewodził prąd, trzeba mu jeszcze przyłożyć na bramkę potencjał wyższy niż jest na katodzie. Wyróżniamy podczas polaryzacji złącza w kierunku przewodzenia napięcie przełączenia, czyli takie napięcie, przy którym samoczynnie tyrystor się załącza. Tyrystor przewodzi nawet, gdy przestaniemy podawać napięcie na bramkę, natomiast zablokowanie tyrystora następuje, gdy prąd płynący przez złącze spadnie poniżej I_w.

Rys. 4: Układ do obserwacji charakterystyki tyrystora

Pomiar przeprowadzamy w układzie (rys. 4), charakterystykę obserwujemy za pomocą oscyloskopu komputerowego podłączonego do punktów X oraz Y. Rezystorem suwakowym możemy regulować napięcie przełączenia tyrystora.

Wykres 5: Prąd tyrystora w funkcji napięcia

2.4 Tranzystor - charakterystyka wyjściowa I_c (U_ce)

Rys. 5: Układ do pomiaru charakterystyki wyjściowej tranzystora

Pomiar przeprowadzamy w układzie (rys. 5), do punktów X oraz Y podłączamy oscyloskop komputerowy. Układ pomiarowy jest zasilany z generatora napięcia trójkątnego, mikroamperomierzem badamy prąd bazy. Charakterystykę wyjściową badanego tranzystora sporządzamy dla 3 różnych prądów bazy.

Wykres 6: Prąd kolektora I_c w funkcji napięcia kolektor-emiter U_ce (dla 3 różnych prądów bazy)

Charakterystyka prądowo-napięciowa tranzystora obrazuje nam zachowanie się prądu kolektora tranzystora I_c w zależności od napięcia kolektor-emiter U_ce, dla poszczególnych prądów bazy I_b. Dla każdego prądu bazy prąd kolektora rośnie gwałtownie wraz ze wzrostem napięcia U_ce lecz do pewniej wartości - ok. 0,2 - 0,3V czyli tzw. napięcia nasycenia tranzystora, po przekroczeniu którego prąd kolektora I_c ma prawie że stałą wartość.

Cecha charakterystyczna tranzystora jest współczynnik β - współczynnik wzmocnienia.

I_c = β ∙ I_b dla badanego tranzystora współczynnik ten wynosi 0,83.

Wnioski

Z analizy charakterystyk prądowo-napięciowych diody w kierunku przewodzenia wynika iż dioda krzemowa i germanowa mają różne napięcia progowe: ~0,3V germanowa i ~0,7V krzemowa. Zauważamy także iż dioda zenera spolaryzowana w kierunku przewodzenia zachowuje się jak zwykła dioda. Z charakterystyk również wynika iż prąd wsteczny diody (spolaryzowanej w kierunku zaporowym) rośnie wraz ze wzrostem napięcia polaryzującego (ujemnego) lecz do pewnej granicy - w naszym przypadku 33uA - po osiągnięciu której nawet znaczące zmiany napięcia polaryzującego nie powodują zmiany prądu wstecznego.

Charakterystyka prądowo-napięciowa tranzystora obrazuje nam zachowanie się prądu kolektora tranzystora Ic w zależności od napięcia kolektor-emiter Uce, dla poszczególnych prądów bazy Ib. Dla każdego prądu bazy prąd kolektora rośnie gwałtownie wraz ze wzrostem napięcia Uce lecz do pewniej wartości - ok. 0,2 - 0,3V czyli tzw. napięcia nasycenia tranzystora, po przekroczeniu którego prąd kolektora Ic ma prawie że stałą wartość.

---