13.04.2011
L14
Zaguła Jakub
Wojdyga Bartosz
POLITECHNIKA RZESZOWSKA
im. Ignacego Łukasiewicza
Wydział Elektrotechniki i Informatyki
PODSTAWY ELEKTRONIKI
Laboratorium nr 3
Diody półprzewodnikowe
Pomiary załączone na kartce.
Wykres ze zmierzonymi charakterystykami diod w kierunku przewodzenia.
Dioda prostownicza |
U |
I |
P |
|
Dioda Zenera |
U |
I |
P |
|
[V] |
[mA] |
[mW] |
|
|
[V] |
[mA] |
[mW] |
|
0,143 |
0,1250 |
0,01787 |
|
|
0,070 |
0,0001 |
0,00001 |
|
0,170 |
0,3512 |
0,05970 |
|
|
0,406 |
0,0008 |
0,00032 |
|
0,183 |
0,6043 |
0,11059 |
|
|
0,498 |
0,0077 |
0,00383 |
|
0,187 |
0,7026 |
0,11300 |
|
|
0,533 |
0,0226 |
0,01205 |
|
0,205 |
1,3907 |
0,28509 |
|
|
0,561 |
0,0585 |
0,03282 |
|
0,214 |
1,9197 |
0,41082 |
|
|
0,584 |
0,1345 |
0,07855 |
|
0,224 |
2,8475 |
0,63784 |
|
|
0,604 |
0,2765 |
0,16701 |
|
0,232 |
3,7566 |
0,87153 |
|
|
0,621 |
0,5303 |
0,32932 |
|
0,239 |
4,8679 |
1,16343 |
|
|
0,638 |
1,0044 |
0,64081 |
|
0,244 |
5,8188 |
1,41979 |
|
|
0,650 |
1,5600 |
1,01400 |
|
0,249 |
6,9993 |
1,74283 |
|
||||
|
0,251 |
7,7316 |
1,94063 |
|
||||
|
0,254 |
8,5427 |
2,16985 |
|
||||
|
0,256 |
9,1495 |
2,34227 |
|
||||
|
0,257 |
9,6672 |
2,48447 |
|
||||
|
0,264 |
12,614 |
3,33010 |
|
||||
|
0,271 |
16,182 |
4,38523 |
|
||||
|
0,279 |
21,042 |
5,87072 |
|
||||
|
0,287 |
27,755 |
7,96568 |
|
||||
|
0,295 |
35,652 |
10,51734 |
|
||||
|
0,303 |
46,342 |
14,04163 |
|
Napięcie progowe UD dla badanych diod wyznaczyliśmy na podstawie wykresu, a także wykonanych pomiarów.
Dioda prostownicza:
UD ≈ 0,25 V
Dioda Zenera:
UD ≈ 0,6 V
Po przekroczeniu napięcia progowego UD w kierunku przewodzenia gwałtownie wzrasta prąd w diodzie. Dioda LED zaczyna wtedy świecić dużo intensywniej.
Dla diody prostowniczej i Zenera wyznaczyliśmy rezystancję szeregową RS, prąd nasycenia I0, oraz współczynnik złącza η.
Wykresy I(U) w skali logarytmiczno (I) liniowej (U)
Zależność opisująca prąd płynący przez diodę ma następujący wzór:
Wartość I0 można wyznaczyć przez znalezienie punktu przecięcia ekstrapolowanego wykresu z osią prądu, zaś η będzie nachyleniem ekstrapolowanej charakterystyki. W programie gnuplot dokonaliśmy przybliżenia wykresów prostą o równaniu y=ax+b i odczytaliśmy wartości nachylenia i prądu nasycenia.
Dioda prostownicza:
η = 2,37, I0 = 0,0008 mA
Dioda Zenera:
η = 1,56, I0 = 0,00001 mA
Rezystancję szeregową RS obliczyliśmy po przekształceniu powyższego wzoru, pamiętając, że UT jest to potencjał termiczny elektronów (UT = kT/q = 25mV w 293K) oraz biorąc pod uwagę dużą wartość prądu:
Rezystancję statyczną rs oraz różniczkową rr wyznaczyliśmy dla trzech wartości prądu i wykorzystaliśmy do tego wzory:
rs = 0,17/0,0003512 ≈ 484,05 Ω
rs = 0,249/0,0069993 ≈ 35,57 Ω
rs = 0,295/0,035652 ≈ 8,27 Ω
rr = (0,183-0,170)/(0,0006043-0,0003512) ≈ 51,36 Ω
rr = (0,251-0,249)/(0,0077316-0,0069993) ≈ 1,37 Ω
rr = (0,295-0,287)/(0,027755-0,035652) ≈ -1,01 Ω
Na podstawie przybliżonego wzoru teoretycznego obliczyliśmy rr ≈ ηUT/I dla tych samych prądów co poprzednio:
rr = 2⋅25⋅10-3/0,6043⋅10-3 ≈ 82,74 Ω
rr = 2⋅25⋅10-3/7,7316⋅10-3 ≈ 6,47 Ω
rr = 2⋅25⋅10-3/27,755⋅10-3 ≈ 1,8 Ω
Jak widać z otrzymanych wyników, wartości wyliczone ze wzoru teoretycznego są większe od poprzednich. W tym wzorze nie możemy również otrzymać wyniku ujemnego, gdyż wszystkie dane ze wzoru są wartościami dodatnimi.
Wykres ze zmierzonymi charakterystykami diod w kierunku zaporowym.
Dioda prostownicza |
U |
I |
P |
|
Dioda Zenera |
U |
I |
P |
|
[V] |
[mA] |
[mW] |
|
|
[V] |
[mA] |
[mW] |
|
0,013 |
0,0002 |
0,000003 |
|
|
0,120 |
0,0000 |
0,0000 |
|
0,043 |
0,0004 |
0,000017 |
|
|
0,265 |
0,0000 |
0,0000 |
|
0,116 |
0,0005 |
0,000058 |
|
|
0,305 |
0,0000 |
0,0000 |
|
0,229 |
0,0006 |
0,000137 |
|
|
0,333 |
0,0000 |
0,0000 |
|
0,379 |
0,0006 |
0,000227 |
|
|
0,432 |
0,0000 |
0,0000 |
|
0,498 |
0,0006 |
0,000299 |
|
|
0,498 |
0,0000 |
0,0000 |
|
0,564 |
0,0006 |
0,000338 |
|
|
0,509 |
0,0000 |
0,0000 |
|
0,684 |
0,0006 |
0,000410 |
|
|
0,905 |
0,0000 |
0,0000 |
|
0,758 |
0,0007 |
0,000531 |
|
|
1,113 |
0,0001 |
0,0001 |
|
1,059 |
0,0007 |
0,000741 |
|
|
1,223 |
0,0001 |
0,0001 |
|
1,256 |
0,0007 |
0,000879 |
|
||||
|
1,339 |
0,0007 |
0,000937 |
|
||||
|
1,496 |
0,0007 |
0,001047 |
|
||||
|
1,700 |
0,0008 |
0,001360 |
|
||||
|
1,813 |
0,0008 |
0,001450 |
|
Wnioski:
Parametry diody zależą od materiału, z jakiego została wykonana i stopnia domieszkowania. Zakres tych zmian jest bardzo duży, a charakterystyki prądowo-napięciowe diod mogą różnić się bardzo znacznie. Z tego powodu wyróżniamy wiele rodzajów diod, mających różne zastosowania. Wyróżniamy diody prostownicze, Zenera, Schottky'ego, tunelowe, pojemnościowe, mocy i inne. Diody Zenera pracują w zakresie przebicia, co przy innych diodach może skończyć się zniszczeniem diody.
Charakterystyczne zakresy pracy złącza oznaczone są różnymi kolorami:
czerwony (polaryzacja w kierunku przewodzenia) - U < UD, złącze praktycznie nie przewodzi, prąd jest bardzo mały;
niebieski (polaryzacja w kierunku przewodzenia) - U > UD, złącze przewodzi, wraz ze wzrostem napięcia prąd znacząco rośnie;
zielony (polaryzacja w kierunku zaporowym) - płynie niewielki prąd unoszenia;
żółty (polaryzacja w kierunku zaporowym) - przebicie lawinowe lub Zenera, prąd gwałtownie rośnie.
żółty
zielony
czerwony
niebieski