AKADEMIA TECHNICZNO-ROLNICZA w BYDGOSZCZY Instytut Telekomunikacji i Elektrotechniki
ZAKŁAD PODSTAW ELEKTRONIKI
Laboratorium z Elektroniki
Nr ćwiczenia 1 Temat: Diody półprzewodnikowe	1. Andrzej Cisowski 2. Piotr Zając Nr grupy VI Semestr III
Data wykonania ćw. Data oddania spr. Ocena 16.10.2006 r.

1). Wstęp teoretyczny

Diodą półprzewodnikową nazywa się element elektroniczny zawierający spolaryzowane złącze p-n o dwóch elektrodach:

• anodzie A,

• katodzie K,

o nieliniowej i niesymetrycznej prądowo- napięciowej.

Rys. 1 Charakterystyka prądowo- napięciowa diody:

1. idealnej,

2. teoretycznej,

3. rzeczywistej.

Dioda idealna wykazuje nieskończenie duża rezystancją w kierunku zaporowym oraz zerową rezystancję w kierunku przewodzenia.

Rezystancję dynamiczną diody definiuje wyrażenie:

Zastosowanie diod w elektronice:

• diody prostownicze -przeznaczone są do prostowania prądu przemiennego,

• diody Zenera - przeznaczone są do pracy w układach stabilizacji napięć,

• diody tunelowe - charakterystyczną ich cechą jest występowanie na charakterystyce prądowo- napięciowej odcinka z ujemną rezystancją dynamiczną.

2). Tabela Pomiarów

Pomiary w kierunku przewodzenia dla prądów od 0 ÷ 250 mA

I[mA]	0	5	10	15	25	30	45	50	60	70	80	90	100	120	130	140	150	180	190	200	220	235	240	245	250
U[mV]	0,8	255	292	314	344	354	380	386	399	409	418	426	434	449	455	462	466	485	490	495	505	511	511	514	516
U[mV]	0,7	634	666	684	705	713	730	735	743	749	755	759	764	773	775	778	781	788	790	793	798	801	802	802	803

Pomiary w kierunku przewodzenia dla prądów od 0 ÷ 0,5 mA

I[mA]	0,00	0,02	0,03	0,09	0,10	0,12	0,14	0,16	0,18	0,20	0,25	0,26	0,30	0,35	0,37	0,40	0,41	0,45	0,48	0,50
U[mV]	0,6	28	36	67	72	80	85	90	95	99	108	113	117	123	126	129	130	135	138	139
U[mV]	0,6	413	426	464	468	477	481	486	491	495	504	506	512	518	520	523	525	528	531	533

Pomiary w kierunku zaporowym dla napięć od 0 ÷ 30 V

U[V]	0	2	5	6	8	10	12	16	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
I[μA]	0	16	16	17	17	18	19	20	21	22	23	24	25	27	29	25	25	25	27	29	29
I[nA]	0	5	6	8	9	10	11	16	18	19	19	20	20	21	22	23	24	25	26	26	26

Pomiary w kierunku zaporowym dla napięć od 0 ÷ 0,5 V

U[V]	0	0	0	0	0,1	0,1	0,1	0,2	0,2	0,2	0,3	0,3	0,3	0,4	0,4	0,4	0,4	0	0	0	1
I[nA]	0	0	1	1	1	1	1	2	2	2	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3
I[μA]	1	6	9	14	14	15	15	15	15	15	15	15	15	15	15	15	15	15	15	16	16

3) Opracowanie ćwiczenia

Podczas ćwiczenia przeprowadzono badanie diod dla dwóch kierunków: przewodzenia i zaporowym.

Dane napięcie zasilania, wartość oporu oraz zmierzenie spadku napięcia na diodzie, jak również prądu płynący w obwodzie, pozwala skonstruować charakterystyki prądowo - napięciowe diody.

Wartość rezystancji dynamicznej obliczono korzystając ze wzoru:

Dla I_F=20mA w kierunku przewodzenia

Dla I_F=0,3mA w kierunku przewodzenia

Rezystancja statyczna wynosi:

Dla I_F=20mA w kierunku przewodzenia

Dla I_F=0.3mA w kierunku przewodzenia

Z wykreślonych charakterystyk diod można określić ich napięcia progowe.

Dla diody pierwszej wynosi ono około 0,35V czyli jest to dioda germanowa.

Dla drugiej diody wynosi około 0,72V czyli jest to dioda krzemowa.

Rezystancję szeregową wyznaczono poprzez narysowanie stycznej do wykresów logarytmicznych oraz odczytaniu z nich prądu i różnicy napięć.

W kierunku przewodzenia dla prądów 0:250mA

W kierunku przewodzenia dla prądów 0:0,5mA

Z nachylenia części prostoliniowej charakterystyki logarytmicznej można wyznaczyć współczynnik nieidealności złącza (m) zgodnie ze wzorem:

Wybieramy z tabeli dwa punkty położone obok siebie na prostoliniowej części wykresu.

Dla diody germanowej:

Dla diody krzemowej:

Analiza prostownika jednopołówkowego.

Z napięciowego prawa Kirchoffa widać, że w każdej chwili czasu napięcie na diodzie U_D(t) plus napięcie na rezystorze U_R(t) = U_wy(t) da w sumie napięcie wymuszenia U_S = U_mcos(wt).

Zauważmy w tym miejscu wpływ wartości rezystora R_o. Otóż dla większych R_o (1kΩ) prosta obciążenia byłaby nachylona do osi napięć pod większym kątem, punkt pracy wypadłby dla mniejszego napięcia, zatem napięcie na rezystorze powinno być większe (co potwierdzają wyniki ćwiczeń). Można również zauważyć , że im większa wartość R_o tym większa amplituda przebiegu wyjściowego.

4) Wnioski

Dioda p/p jest elementem złączowym p-n. Ćwiczenie nasze umożliwiło nam zbadanie dwóch najbardziej rozpowszechnionych typów diod :diody krzemowej i diody germanowej. Odczytane z wykresów wartości napięć progowych są charakterystyczne dla danego rodzaju diody. Określają nam one po przyłożeniu jakiego napięcia dioda zacznie przewodzić. Podobnie wyszły wartości rezystancji dynamicznej i statycznej dla obu diod. Są one porównywalne z danymi katalogowymi.

Diody p/p mają bardzo wiele zastosowań .Są one stosowane w detektorach światła , źródłach światła , w układach stabilizacyjnych , w prostownikach oraz jeszcze wielu innych urządzeniach. W naszym ćwiczeniu mieliśmy do zbadania układ prostownika jednopołówkowego. Okazało się , że zastosowanie diody germanowej lub krzemowej powinno być zależne od tego co chcemy uzyskać. Jeżeli mamy obciążenie o małej rezystancji (100 i zależy mam na dużej amplitudzie napięcia na nim to powinniśmy zastosować diodę Ge. Dioda ta w porównaniu do diody Si ma amplitudę zawsze wyższą ,co najbardziej jest widoczne przy dużych wartościach amplitudy napięcia wejściowego.

Dioda Si charakteryzuje się dużą stałością amplitudy napięcia prostowanego bez względu na wartość rezystancji odciążenia. Dioda ta w odróżnieniu od diody Ge ma także wyższe napięcie progowe , czyli dopiero przy wyższym napięciu wejściowym zacznie pracować.

5) Wykresy

I

ΔI

ΔU

3

1

2

U

---