Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Laboratoria z Elektrotechniki i Elektroniki SPRAWOZDANIE
Ćwiczenie nr 2	Temat: Badanie diod półprzewodnikowych.
Data złożenia sprawozdania: 23.01.2011r.	Ocena:	Wykonali: IM1-11 Gajdosz Aleksandra Butruk Igor
Rok akademicki 2010/2011	Semestr I	Prowadzący ćwiczenie: Dr inż. A. Parus	Grupa lab. 1AB

1. Wstęp

Ćwiczenie to zostało opracowane, by student mógł poznać metody pomiaru charakterystyk prądowo-napięciowych poszczególnych diod oraz poznać zasady wyznaczania z nich parametrów. By wykonać to ćwiczenie, należało wiedzieć, czym są diody germanowe, krzemowe, Zenera, świecące (LED) oraz czym się charakteryzują.

Dioda jest to dwuzaciskowy element elektroniczny, który przewodzi prąd elektryczny. Odbywa się to w sposób niesymetryczny co oznacza, że prąd przepływa bardziej w jednym kierunku niż w przeciwnym. Pierwszymi diodami były wynalezione przez Ferdinanda Brauna w 1897 roku detektory kryształkowe opierające się na zjawisku prostowania na złączu metal-półprzewodnik. Obecnie najczęściej spotykanym rodzajem są diody półprzewodnikowe, na których przeprowadziliśmy to cwiczenie.

Zbudowane są one z dwóch warstw półprzewodnika, odmiennie domieszkowanych

- typu p i typu n, które tworzą razem złącze p-n.

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 pracuje przy małych prądach mając napięcie progowe nie przekraczające 0,7 V. Jeśli napięcie zaporowe przekroczy wartość katalogową wówczas

dioda niszczy się.

Dioda Zenera (stabilistor) jest rodzajem 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 woltów) podstawową rolę odgrywa zjawisko Zenera, w zakresie od 5 do 8 woltów zjawisko Zenera i przebicie lawinowe, a powyżej 8 woltów - 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).

Natomiast dioda LED jest zaliczana do półprzewodnikowych przyrządów optoelektronicznych, emitujących promieniowanie w zakresie światła widzialnego i podczerwieni.

2. Cel ćwiczenia

Celem naszego ćwiczenia było wyznaczenie charakterystyk prądowo napięciowych diod: germanowej, krzemowej, LED oraz Zenera.

W ćwiczeniu tym przeprowadziliśmy badania opierając się o dane elementy:

Potencjometr P1=100k

Dioda Krzemowa R1= 220   W

Dioda Germanowa R1=14 2W

Dioda LED R1=1 k 2W

Diody Zenera R1=10 k 0,5 W

Uz=+15V

Oraz wzorując się na schemacie:

3. Przebieg ćwiczenia

Na cwiczeniu podłączyliśmy każdą diodę do układu według powyższego schematu. Następnie wyznaczaliśmy charakterystykę prądowo-napięciową w kierunku przewodzenia oraz zmieniając polaryzację Uz na -15V w kierunku zaporowym. Otrzymaliśmy następujące wyniki:

1. dla diody krzemowej:

kierunek zaporowy:

U[V]	I[A]			R[ohm]	rd	Im[A]
30,47	0,0000029			10506897	1,570796232	0,00000029
24,48	0,000002			12240000	1,570796245	0,0000002
16	0,0000015			10666667	1,570796233	0,00000015
11	0,000001			11000000	1,570796236	0,0000001
7	0,0000006			11666667	1,570796241	0,00000006

kierunek zgodny:

U[V]	I[A]			R[ohm]	rd	Im[A]
0,519	0,00013			3992,308	1,570545845	0,000013
0,697	0,01023			68,13294	1,556120193	0,001023
0,728	0,02175			33,47126	1,540928838	0,002175
0,742	0,03085			24,05186	1,52924344	0,003085
0,755	0,0427			17,6815	1,514300221	0,00427
0,72	0,0509			14,14538	1,5002193	0,00509
0,769	0,0621			12,38325	1,490216956	0,00621
0,777	0,0754			10,30504	1,47405932	0,00754
0,783	0,0884			8,857466	1,458373264	0,00884
0,8	0,1352			5,91716	1,403378242	0,01352

Wykres:

2. dla diody germanowej:

kierunek zaporowy:

U[V]	I[A]			R[ohm]	rd	Im[A]
30,08	0,000042			716190,5	1,570794931	0,0000042
25,46	0,000041			620975,6	1,570794716	0,0000041
20,17	0,0000398			506783,9	1,570794354	0,00000398
15,27	0,0000386			395595,9	1,570793799	0,00000386
9,7	0,000037			262162,2	1,570792512	0,0000037
4,2	0,0000353			118980,2	1,570787922	0,00000353
0,034	0,00002			1700	1,570208092	0,000002
0,03	0,00001			3000	1,570462993	0,000001
0,025	0,00001			2500	1,570396327	0,000001

kierunek zgodny:

U[V]	I[A]			R[ohm]	rd	Im[A]
0,021	0,00002			1050	1,569843946	0,000002
0,237	0,00511			46,37965	1,549238486	0,000511
0,273	0,01024			26,66016	1,533304745	0,001024
0,294	0,0151			19,4702	1,519480873	0,00151
0,31	0,02009			15,43056	1,506080374	0,002009
0,3227	0,0252			12,80556	1,492863381	0,00252
0,333	0,03			11,1	1,480948787	0,003

3. dla diody LED:

kierunek zaporowy:

U[V]	I[A]		R[ohm]	rd	Im[A]
14	0,0164		853,6585366	1,569625	-0,00164
13,52	0,0072		1877,777778	1,570264	-0,00072
13,27	0,00122		10877,04918	1,570704	-0,000122
13	0,00094		13829,78723	1,570724	-0,000094
11,21	0,000001		11210000	1,570796	-0,0000001
8,35	0,0000007		11928571,43	1,570796	-0,00000007
5,14	0,000004		1285000	1,570796	-0,0000004
2,19	0,0000001		21900000	1,570796	-0,00000001

kierunek zgodny:

U[V]	I[A]		R[ohm]	rd	Im[A]
1,48	0,00016		9250	1,570688	0,000016
1,59	0,000417		3812,94964	1,570534	0,0000417
1,61	0,000826		1949,152542	1,570283	0,0000826
1,623	0,01227		132,2738386	1,563236	0,001227
1,632	0,016		102	1,560993	0,0016
1,639	0,02001		81,90904548	1,558588	0,002001

4. dioda Zenera:

kierunek zgodny:

U[V]	I[A]		R[ohm]	rd	Im[A]
3,735	0,00351		1064,103	1,56985657	-0,000351
3,678	0,00304		1209,868	1,56996979	-0,000304
3,6	0,00251		1434,263	1,5700991	-0,000251
3,512	0,00202		1738,614	1,57022116	-0,000202
3,4	0,00154		2207,792	1,57034339	-0,000154
3,25	0,00104		3125	1,57047633	-0,000104
3,006	0,00055		5465,455	1,57061336	-0,000055
0,045	0			0	0

kierunek zaporowy:

U[V]	I[A]		R[ohm]	rd	Im[A]
0,0422	0			0	0
0,63	0,00054		1166,667	1,56993918	0,000054
0,65	0,00109		596,3303	1,56911941	0,000109
0,657	0,00151		435,0993	1,56849801	0,000151
0,665	0,00203		327,5862	1,5677437	0,000203
0,671	0,00258		260,0775	1,56695134	0,000258
0,676	0,003142		215,1496	1,56614843	0,0003142
0,679	0,0035		194	1,56564173	0,00035

4. Zastosowane wzory:

R=U/I = ktgx

Im=0,1 I

5. 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.

---