1. Cel cwiczenia.

Celem cwiczenia jest:

• zapoznanie sie z mechanizmem przeplywu pradu w p�lprzewodnikach,

• poznanie wlasnosci zlacza p-n,

• pomiar charakterystyk pradowo-napieciowych p�lprzewodnikowych diod prostowniczych i diod Zenera.

0. 2. Wstep teoretyczny.

0. 2.1. Mechanizm przeplywu pradu w p�lprzewodnikach.

0. Ciala stale z wzgledu na ich wlasnosci elektryczne mozna podzielic na trzy grupy: przewodniki, p�lprzewodniki i dielektryki (izolatory). Do p�lprzewodnik�w naleza ciala, kt�rych konduktywnosc jest mniejsza od konduktywnosci dobrych przewodnik�w, ale znacznie wieksza od konduktywnosci dielektryk�w. Konduktywnosc p�lprzewodnik�w miesci sie w bardzo szerokich granicach od 10^-8 do 10⁵
   . Do p�lprzewodnik�w zaliczamy 12 pierwiastk�w, wsr�d kt�rych najwieksze znaczenie maja krzem i german. P�lprzewodnikami sa takze liczne zwiazki podw�jne nalezace do odpowiednich grup. Opr�cz material�w nieorganicznych do p�lprzewodnik�w naleza takze niekt�re materialy organiczne tj. np. antracen i szesciobenzobenzen.

0. 
   

0. Istotnym czynnikiem, kt�ry odr�znia p�lprzewodniki od pozostalych grup cial stalych, jest ich struktura elektronowa. Z niej wynikaja wszystkie elektryczne, optyczne i inne specyficzne wlasnosci p�lprzewodnik�w.

0. Wiadomo, ze w odosobnionym atomie elektrony moga miec tylko pewne dozwolone wartosci energii calkowitej, zwane w fizyce atomowej dozwolonymi poziomami energetycznymi. Na rysunku

0. przykladowo w odosobnionym atomie sodu, dozwolone poziomy energetyczne elektron�w przedstawiono liniami poziomymi, a krzywa - zaleznosc energii potencjalnej elektronu w atomie od odleglosci elektrony od jadra. Za zerowy punkt odniesienia energii potencjalnej przyjeto energie elektronu w nieskonczonosci. Elektron pozostaje zwiazany z okreslonym atomem dop�ki jego energia jest mniejsza od energii potencjalnej elektronu w nieskonczonosci. W przeciwnym razie elektron odrywa sie od atomu i atom staje sie jonem.

0. W ciele stalym, w wyniku zblizenia atom�w i utworzenia przez nie sieci krystalicznej, potencjaly elektrostatyczne pochodzace od poszczeg�lnych atom�w dodaja sie. W rezultacie powstaje wypadkowy rozklad energii potencjalnej elektronu w krysztale.

0. 
   

0. Rozklad ten ma charakter periodyczny z okresem sieci krystalicznej, z wyjatkiem miejsc stanowiacych ograniczenie ciala stalego, w kt�rych nastepuje gwaltowny wzrost energii potencjalnej. Skok potencjalu przy powierzchni oznacza, ze na powierzchni ograniczajacej cialo stale pojawiaja sie znaczne sily przyciagajace, nie pozwalajace elektronowi opuscic ciala, jezeli elektron nie ma dostatecznie duzej energii.

0. W ciele stalym w miejsce poszczeg�lnych poziom�w energetycznych w odosobnionym atomie, pojawiaja sie pasma energetyczne zlozone z bardzo wielu malo r�zniacych sie, dozwolonych poziom�w energii elektron�w. R�znice energii sasiednich poziom�w w pasmie sa tak male, iz mozna uwazac, ze praktycznie energia w pasmach zmienia sie w spos�b ciagly, Jednak fakt, ze liczba dyskretnych poziom�w w pasmie jest skonczona, odgrywa istotna role w mechanizmie przewodnictwa cial stalych. Pasma energii dozwolonych sa oddzielone pasmami energii wzbronionych, kt�rych elektrony w ciele stalym miec nie moga. Istnienie pasm w ciele stalym jest, og�lnie okreslajac, wynikiem oddzialywania p�l atom�w sasiednich na elektrony w atomie. Wplyw atom�w sasiednich jest najmniejszy na elektrony wewnetrzne w atomie, kt�re znajduja sie blisko jadra i sa silnie z nim zwiazane. Dlatego pasma energii elektron�w wewnetrznych sa bardzo waskie i praktycznie odpowiadaja poziomom w odosobnionym atomie. Wysokoenergetyczne natomiast poziomy elektron�w zewnetrznych, czyli walencyjnych, tworza szerokie pasma. Ze wzgledu na duzy wplyw p�l wszystkich atom�w ciala na elektrony walencyjne, elektrony te nie sa zwiazane z jednym wybranym atomem, ale z wszystkimi atomami ciala i biora udzial w tzw. wiazaniu miedzyatomowym.

0. W odosobnionym atomie, w normalnym niepobudzonym stanie, elektrony zajmuja wszystkie najnizsze poziomy energetyczne. R�wniez w ciele stalym poziomy pasm najnizszych sa calkowicie obsadzone przez elektrony. W mysl tzw. zasady Pauliego kazdy dozwolony poziom energii moze byc obsadzony przez najwyzej dwa elektrony.

0. Elektrony wewnetrzne mozna wykluczyc z rozwazan o przewodnictwie cial stalych, poniewaz obsadzaja wszystkie dozwolone poziomy energii w ich pasmach. Aby bowiem przewodzic prad elektryczny, elektron musi pobierac energie od przylozonego pola elektrycznego. Oznacza to, ze elektron musi byc przenoszony na wyzsze poziomy energetyczne, co w mysl zasady Pauliego jest niemozliwe, jezeli te poziomy sa juz zajete. Dla przewodnictwa elektrycznego istotne jest wypelnienie pasm przez zewnetrzne elektrony walencyjne.

0. 
   

0. Model pasmowy p�lprzewodnika tzw. samoistnego, czyli p�lprzewodnika o niezakl�conej domieszkami sieci krystalicznej, jest taki sam jak dielektryka, z tym, ze szerokosc pasma wzbronionego, r�wna r�znicy energii dna pasma przewodnictwa i wierzcholka pasma walencyjnego E_g= E_c - E_v, jest mala.

0. W p�lprzewodniku czesc elektron�w pasma walencyjnego moze przejsc do pustego pasma przewodnictwa i stac sie elektronami zdolnymi do przewodzenia pradu. Aby jednak to nastapilo, nalezy elektronom walencyjnym dostarczyc energii r�wnej szerokosci pasma wzbronionego. Energie potrzebna do wzbudzenia nosnik�w pradu, zwana tez czesto energia aktywacji, moze byc np. energia drgan cieplnych siatki krystalicznej, proporcjonalna do temperatury ciala, lub np. energia fotonu padajacego swiatla.

0. Dzieki malej szerokosci pasma wzbronionego w p�lprzewodniku, juz w temperaturze pokojowej czesc elektron�w walencyjnych jest przeniesiona do pasma przewodnictwa i umozliwia przeplyw pradu, gdy tymczasem w dielektryku pasmo przewodnictwa w tej temperaturze jest calkowicie puste. Jak pokazuje szczeg�lowa teoria, koncentracja swobodnych elektron�w, czyli liczba elektron�w w pasmie przewodnictwa, przypadajaca na jednostke objetosci ciala, powieksza sie wykladniczo z temperatura ciala. Zaleznosc koncentracji nosnik�w od temperatury jest specyficzna wlasciwoscia p�lprzewodnik�w, odr�zniajaca je od metali, w kt�rych koncentracja nosnik�w (swobodnych elektron�w) jest praktycznie stala, niezaleznie od temperatury. Przejscie elektronu walencyjnego w p�lprzewodniku do pasma przewodnictwa oznacza w modelu energetycznym pojawienie sie w pasmie podstawowym wolnego poziomu, zwanego dziura. To samo w modelu sieci krystalicznej p�lprzewodnika oznacza zerwanie jednego miedzyatomowego wiazania walencyjnego i jonizacje jednego atomu.

0. 
   

0. Na rysunku przedstawiono dwuwymiarowy model sieci krystalicznej samoistnego p�lprzewodnika na przykladzie germanu. Kazdy atom germanu, majac cztery elektrony walencyjne, ma jednoczesnie czterech sasiad�w, z kt�rymi jest powiazany za pomoca par elektron�w wsp�lnych dla sasiadujacych atom�w.

0. W obecnosci przylozonego do p�lprzewodnika pola elektrycznego, dziura w pasmie podstawowym zostaje zajeta przez elektron z nizej polozonego poziomu energii, w wyniku czego dziura przesunie sie w d�l. W modelu krystalicznym oznacza to zajecie dziury przez inny elektron idacy naprzeciw pola i w rezultacie przesuniecie sie nieskompensowanego w atomie ladunku elementarnego w kierunku pola. Ruch dziur jest zatem r�wnowazny ruchowi ladunk�w dodatnich. W rezultacie w p�lprzewodniku obserwujemy zar�wno elektronowy, jak i dziurowy mechanizm przewodnictwa elektrycznego. Dla p�lprzewodnika samoistnego koncentracja elektron�w przewodnictwa n jest r�wna koncentracji dziur p.

0. Opisane p�lprzewodniki, o dokladnie periodycznej strukturze krystalicznej, sa przypadkami wyidealizowanymi. W praktyce siec krystaliczna p�lprzewodnika jest zawsze zdefektowana, np. domieszkami obcego pierwiastka, bardzo czesto celowo wprowadzanymi w czasie produkcji element�w p�lprzewodnikowych. Aby otrzymac jednak material o kontrolowanych i powtarzalnych wlasciwosciach w procesie produkcyjnym przed etapem domieszkowania, dazy sie zawsze do otrzymania krysztalu mozliwie najczystszego i malo zdefektowanego.

0. 
   

0. W przypadku zakl�cenia krysztalu czterowartosciowego germanu czy krzemu, spowodowane zastapieniem niekt�rych atom�w krysztalu atomami V grupy ukladu okresowego (N, P, As, Sb). Pierwiastki tej grupy maja po piec elektron�w walencyjnych. Cztery z nich tworza parzysto elektronowe wiazania z czterema sasiednimi atomami germanu. Pozostaly piaty elektron walencyjny jest zwiazany (slabo) ze swym atomem macierzystym, poniewaz efektywny dodatni ladunek jonu V grupy jest o jeden ladunek elementarny wiekszy od ladunku jonu sieci pierwotnej. Piaty elektron domieszki znajduje sie zatem blisko atomu domieszki i jest w sytuacji podobnej jak elektron w atomie wodoru.

0. 
   

0. Poniewaz jon pieciowartosciowy ma ladunek efektywny p jeden wiekszy od ladunk�w jon�w sasiednich w miejscu, gdzie znajduje sie atom domieszki, nastepuje zaburzenie periodycznego rozkladu potencjalu w sieci krystalicznej i zmniejszenie energii potencjalnej elektron�w walencyjnych. Jak wykazuja obliczenia mechaniki kwantowej, jest to przyczyna deformacji pasm oraz pojawienia sie ponizej pasm (w obszarze energii wzbronionej) pewnych dodatkowych, dyskretnych poziom�w energetycznych. Dodatkowe poziomy, wprowadzone przez domieszki, nazywamy poziomami zlokalizowanymi, bo naleza do atom�w domieszki tylko gdzieniegdzie zlokalizowanych. W uproszczonych schematach modelu energetycznego p�lprzewodnik�w poziomy zlokalizowane oznacza sie linia kreskowana.

0. Mozna teraz oczekiwac nastepujacego obsadzenia poziom�w energetycznych. Elektrony walencyjne atom�w sieci pierwotnej i cztery elektrony walencyjne domieszek, tworzace wiazania kowalentne, calkowicie wypelniaja pasmo podstawowe. Piate elektrony, kt�re sa jak gdyby w polu odosobnionego dodatniego ladunku jednoelementarnego i slabiej sa zwiazane z atomem domieszki niz elektrony wiazan, zajmuja odpowiednio wyzej lezace (tuz przy pasmie przewodnictwa) poziomy zlokalizowane. Wystarczy nieduza energia E_d do wzbudzenia tych elektron�w do pasma przewodnictwa i uczynienia z nich nosnik�w pradu. Opisany typ p�lprzewodnika niesamoistnego nazywamy p�lprzewodnikiem nadmiarowym lub p�lprzewodnikiem typu n, bo przewodnictwo zachodzi przede wszystkim za posrednictwem ujemnych (negatywnych) elektron�w. Ladunek dodatni, powstajacy w wyniku jonizacji atomu domieszki, jest z nim zwiazany i nie moze brac udzialu w przewodnictwie. Domieszki i ich dodatkowe poziomy energetyczne w p�lprzewodniku typu n nazywamy domieszkami i poziomami donorowymi.

0. W p�lprzewodniku typu n mozliwe jest pewne przewodnictwo dziurowe w pasmie podstawowym, w wyniku przejsc pewnej liczby elektron�w z pasma podstawowego do pasma przewodnictwa, jak to jest w p�lprzewodniku samoistnym. Poniewaz jednak energia aktywacji elektron�w domieszek bywa duzo mniejsza od szerokosci pasma wzbronionego, wiec koncentracja dziur bedzie w niezbyt wysokich temperaturach duzo mniejsza od koncentracji elektron�w. Z tego powodu w p�lprzewodniku typu n dziury nazywamy nosnikami mniejszosciowymi, a elektrony - nosnikami wiekszosciowymi.

0. Domieszki atom�w III grupy (B, Al, Ga, In) w sieci atom�w pierwiastk�w czterowartosciowych (Ge oraz Si) nazywamy akceptorowymi. Poniewaz atom domieszki ma obecnie dodatni ladunek efektywny a jeden mniejszy od reszty atom�w pierwotnego krysztalu, w kazdym miejscu zakl�cen zwieksza sie energia potencjalna elektron�w walencyjnych. Nad pasmami powstaja dodatkowe dyskretne poziomy

0. 
   

0. 
   

0. zlokalizowane. Trzy elektrony walencyjne atom�w domieszek, tworzace wiazania z trzema sasiednimi atomami sieci pierwotnej oraz elektrony walencyjne sieci pierwotnej, zajmuja poziomy pasma podstawowego. Czwarte wiazanie nie jest wypelnione, moze ono jednak zostac zrealizowane przez elektron przechwycony z sasiedniego atomu sieci pierwotnej. Elektron ten bedzie slabiej zwiazany z atomem domieszki, niz poprzednio z atomami sieci pierwotnej, bo efektywny ladunek jonu domieszki jest o jeden mniejszy od odpowiedniego ladunku jon�w sasiednich. Oznacza to, ze przechwycony elektron moze zajac tylko odpowiednio wyzszy od pasma podstawowego, nie obsadzony poziom zlokalizowania. Oznacza to, ze potrzebna jest pewna energia wzbudzenia DE_a do przejscia elektronu walencyjnego germanu badz krzemu, z pasma podstawowego na poziom zlokalizowany.

0. W wyniku takiego przejscia w pasmie podstawowym powstaje nieobsadzony poziom energetyczny, dzieki kt�remu w obecnosci zewnetrznego pola elektrycznego mozliwy bedzie prad w formie przesuwania sie nieskompensowanych ladunk�w dodatnich jon�w sieci pierwotnej, czyli dziur.

0. Jednoczesnie atomy domieszek przeksztalcaja sie w zlokalizowane jony ujemne, kt�re nie moga brac udzialu w przewodnictwie. W opisanym p�lprzewodniku prad elektryczny polega wiec na uporzadkowanym ruchu dodatnich dziur w pasmie podstawowym i dlatego p�lprzewodnik taki nazywa sie p�lprzewodnikiem typu p lub p�lprzewodnikiem niedomiarowym. Domieszki i ich poziomy energetyczne nazywane w tym przypadku domieszkami i poziomami akceptorowymi. W p�lprzewodniku typu p dziury sa nosnikami wiekszosciowymi, a elektrony nosnikami mniejszosciowymi.

0. 2.2 Zlacze p-n.

0. Ciekawe wlasnosci wykazuja uklady zlozone z dw�ch obszar�w o r�znym typie przewodnictwa w obrebie tego samego p�lprzewodnika, zwane zlaczami p-n. Zlacze p-n otrzymuje sie przez odpowiednie rozmieszczenie domieszek akceptorowych i donorowych w p�lprzewodniku. W strefie przejsciowej miedzy obydwoma obszarami r�znego typu przewodnictwa, na odleglosc rzedu mikrometra, zachodzi mniej lub bardziej skokowa zmiana rodzaju domieszek i ich koncentracji. Na skutek gradient�w koncentracji elektron�w i dziur nastepuje dyfuzja nosnik�w wiekszosciowych: elektron�w z obszaru n do p i dziur z obszaru p do n. W wyniku prad�w dyfuzji obszar typu n laduje sie dodatnio, a obszar typu p ujemnie. Energia elektron�w w obszarze n zmniejsza sie, zatem pasma energii elektron�w w obszarze n przesuwaja sie w d�l wzgledem pasm obszaru p. Powstala w obszarze przejsciowym warstwa dipolowa ladunku przestrzennego, zwana warstwa zaporowa, wytwarza pole elektryczne. Pole to przeciwdziala dalszej dyfuzji nosnik�w wiekszosciowych i jednoczesnie wywoluje prady unoszenia nosnik�w mniejszosciowych: elektron�w z obszaru p do n i dziur z obszaru n do p. Gdy r�znica potencjal�w w warstwie zaporowej osiagnie pewna wartosc U_D, zwana napieciem dyfuzji, ustala sie stan r�wnowagi termodynamicznej, w kt�rym znosza sie obydwa rodzaje prad�w (dyfuzji i unoszenia). Przylozenie do zlacza p-n napiecia zakl�ca te r�wnowage. Jezeli napiecie zewnetrzne U jest zgodne z biegunowoscia bariery potencjalu U_D i ja powieksza, to prad nosnik�w wiekszosciowych spada praktycznie do zera. Pozostaje tylko slaby prad nosnik�w mniejszosciowych. Przypadek ten odpowiada kierunkowi zaporowemu. Jezeli natomiast do obszaru p przylozymy potencjal dodatni, a do obszaru n potencjal ujemny, to bariera potencjalu ulega obnizeniu i prad nosnik�w wiekszosciowych znacznie wzrasta. Odpowiada to kierunkowi przepustowemu.

0. Wlasnosci prostownicze zlacza p-n (duzy prad w kierunku przepustowym, maly w kierunku zaporowym) wykorzystuje sie w diodach p�lprzewodnikowych. W kierunku zaporowym przez diode plynie prad nosnik�w mniejszosciowych. Prad ten juz przy malych napieciach zaporowych osiaga stan nasycenia. Dopiero od pewnej wartosci napiecia zaporowego, zwanego napieciem granicznym lub napieciem Zenera, prad gwaltownie wzrasta. Jest to zwiazane ze zwiekszeniem koncentracji nosnik�w pradu, spowodowanym przejsciem elektron�w z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa pod wplywem silnego pola elektrycznego w warstwie zaporowej (efekt Zenera). Diody, w kt�rych proces gwaltownego wzrostu pradu dla napiecia Zenera nie prowadzi do zniszczenia diody i jest odwracalny, znajduja zastosowanie jako stabilizatory napiecia (diody Zenera). Napiecie powyzej wartosci napiecia Zenera jest praktycznie stale, niezalezne od wartosci natezenia pradu.

0. 3. Wyznaczenie charakterystyki pradowo-napieciowej diody prostowniczej.

0. 3.1. Zestaw przyrzad�w:

• zasilacz typ 980-3 0-50 [V],

• multimetr typ G-1007.500 2 szt.

• przystawka LIF-04-035-1.

0. 3.2. Uklad pomiarowy.

0. 
   

0. 3.3. Przebieg pomiar�w.

0. Uklad pomiarowy zostal polaczony wedlug schematu. Biegun „+” zasilacza podlaczono z zaciskiem rezystora R₁. Nastepnie zostala zdjeta charakterystyka diod D₁, D₂ i D₃ dla napiec w kierunku przewodzenia. Nastepnie zmieniono polaryzacje ukladu (biegun „-” zasilacza polaczono z zaciskiem R₃) i zostala zdjeta charakterystyka diod w kierunku zaporowym.

0. 4. Wyznaczenie charakterystyki pradowo-napieciowej diody Zenera.

0. 4.1. Zestaw przyrzad�w:

• zasilacz typ 980-3 0-50 [V],

• multimetr typ G-1007.500 2 szt.

• przystawka LIF-04-035-2.

0. 4.2. Uklad pomiarowy.

0. Uklad pomiarowy identyczny jak poprzednio, tyle, ze zamiast diod prostowniczych diodami badanymi sa diody Zenera.

0. 4.3. Przebieg pomiar�w.

0. Uklad pomiarowy zostal polaczony wedlug powyzszego schematu. Biegun „+” zasilacza podlaczono z zaciskiem rezystora R₃. Nastepnie zostala zgieta charakterystyka diod D₁, D₂ i D₃ dla napiec w kierunku przewodzenia. Nastepnie zmieniono polaryzacje ukladu (biegun „-” zasilacza polaczono z zaciskiem R₃) i zostala zgieta charakterystyka diod w kierunku zaporowym.

0. 5. Tabele pomiarowe.

D1 - kierunek zaporowy
Uz [V]	zakres [A]	I [A]	zakres [V]	U [V]	I [A]	U [V]
0	200	0,0	20	0,00	0,2	0,02
1	200	-13,1	20	-0,93	0,3	0,02
2	200	-13,3	20	-1,86	0,3	0,03
3	200	-13,6	20	-2,88	0,3	0,03
4	200	-13,8	20	-3,92	0,3	0,04
5	200	-14,1	20	-5,03	0,3	0,05
6	200	-14,4	20	-5,95	0,3	0,05
7	200	-14,8	20	-6,98	0,3	0,05
8	200	-15,1	20	-8,01	0,3	0,06
9	200	-15,4	20	-9,05	0,3	0,07
10	200	-15,7	20	-10,13	0,3	0,07
11	200	-16,1	20	-11,12	0,3	0,08
12	200	-16,5	20	-12,21	0,3	0,08
13	200	-16,9	20	-13,25	0,3	0,09
14	200	-17,5	20	-14,29	0,3	0,09
15	200	-17,8	20	-15,32	0,3	0,10
16	200	-18,2	20	-16,32	0,3	0,10
17	200	-18,7	20	-17,43	0,3	0,11
18	200	-19,1	20	-18,46	0,3	0,11
19	200	-19,7	20	-19,58	0,3	0,12

0. Dioda prostownicza D1.

D1 - kierunek przewodzenia
Uz [V]	zakres [mA]	I [mA]	zakres [V]	U [V]	I [mA]	U [V]
0	200	0,0	2	0,000	0,2	0,002
1	200	1,8	2	0,186	0,2	0,003
2	200	3,9	2	0,227	0,2	0,003
3	200	6,0	2	0,251	0,2	0,003
4	200	8,0	2	0,269	0,2	0,003
5	200	10,2	2	0,285	0,3	0,003
6	200	12,2	2	0,297	0,3	0,003
7	200	14,4	2	0,309	0,3	0,004
8	200	16,7	2	0,320	0,3	0,004
9	200	18,8	2	0,330	0,3	0,004
10	200	21,0	2	0,339	0,3	0,004
11	200	23,1	2	0,347	0,3	0,004
12	200	25,5	2	0,356	0,3	0,004
13	200	27,4	2	0,363	0,3	0,004
14	200	29,7	2	0,371	0,3	0,004
15	200	32,1	2	0,379	0,4	0,004
16	200	34,1	2	0,386	0,4	0,004
17	200	36,3	2	0,393	0,4	0,004
18	200	38,6	2	0,400	0,4	0,004

D2 kierunek zaporowy
Uz [V]	zakres [A]	I [A]	zakres [V]	U [V]	I [A]	U [V]
0	200	0,0	200	0,0	0,2	0,2
2	200	-0,2	200	-2,0	0,2	0,2
4	200	-0,4	200	-4,1	0,2	0,2
6	200	-0,6	200	-6,1	0,2	0,2
8	200	-0,8	200	-8,2	0,2	0,2
10	200	-1,1	200	-10,3	0,2	0,3
12	200	-1,3	200	-12,3	0,2	0,3
14	200	-1,5	200	-14,4	0,2	0,3
16	200	-1,7	200	-16,5	0,2	0,3
18	200	-1,9	200	-18,6	0,2	0,3
20	200	-2,1	200	-20,6	0,2	0,3
22	200	-2,4	200	-22,8	0,2	0,3
24	200	-2,6	200	-24,9	0,2	0,3
26	200	-2,8	200	-27,0	0,2	0,3
28	200	-3,0	200	-29,0	0,2	0,3
30	200	-3,2	200	-31,1	0,2	0,4

0. Dioda prostownicza D2.

D2 - kierunek przewodzenia
Uz [V]	zakres [mA]	I [mA]	zakres [V]	U [V]	I [mA]	U [V]
0	200	0,0	2	0,000	0,2	0,002
1	200	0,9	2	0,586	0,2	0,005
2	200	3,0	2	0,640	0,2	0,005
3	200	5,1	2	0,664	0,2	0,005
4	200	7,3	2	0,679	0,2	0,005
5	200	9,4	2	0,691	0,2	0,005
6	200	11,6	2	0,700	0,3	0,006
7	200	13,6	2	0,707	0,3	0,006
8	200	16,0	2	0,714	0,3	0,006
9	200	18,0	2	0,720	0,3	0,006
10	200	20,2	2	0,725	0,3	0,006
11	200	22,4	2	0,729	0,3	0,006
12	200	24,8	2	0,734	0,3	0,006
13	200	26,9	2	0,737	0,3	0,006
14	200	29,0	2	0,741	0,3	0,006
15	200	31,3	2	0,744	0,4	0,006
16	200	33,3	2	0,747	0,4	0,006
17	200	35,8	2	0,750	0,4	0,006
18	200	37,9	2	0,752	0,4	0,006
19	200	40,2	2	0,755	0,4	0,006
20	200	42,1	2	0,757	0,4	0,006

0. Dioda prostownicza D3.

D3 - kierunek przewodzenia
Uz [V]	zakres [mA]	I [mA]	zakres [V]	U [V]	I [mA]	U [V]
0	200	0,0	2	0,000	0,2	0,002
1	200	1,3	2	0,445	0,2	0,004
2	200	3,3	2	0,505	0,2	0,005
3	200	5,4	2	0,543	0,2	0,005
4	200	7,5	2	0,570	0,2	0,005
5	200	9,5	2	0,592	0,2	0,005
6	200	11,6	2	0,612	0,3	0,005
7	200	13,8	2	0,630	0,3	0,005
8	200	15,9	2	0,646	0,3	0,005
9	200	18,0	2	0,660	0,3	0,005
10	200	20,3	2	0,676	0,3	0,005
11	200	22,6	2	0,689	0,3	0,005
12	200	24,6	2	0,701	0,3	0,006
13	200	26,9	2	0,713	0,3	0,006
14	200	29,1	2	0,725	0,3	0,006
15	200	31,4	2	0,736	0,4	0,006
16	200	33,6	2	0,747	0,4	0,006
17	200	35,8	2	0,757	0,4	0,006
18	200	38,1	2	0,767	0,4	0,006
D3 - kierunek zaporowy
Uz [V]	zakres [A]	I [A]	zakres [V]	U [V]	I [A]	U [V]
0	200	0,0	200	0,0	0,2	0,2
2	200	-4,0	200	-2,0	0,2	0,2
4	200	-10,1	200	-4,0	0,3	0,2
6	200	-18,2	200	-5,9	0,3	0,2
8	200	-26,6	200	-7,8	0,3	0,2
10	200	-32,1	200	-10,0	0,4	0,3
12	200	-45,7	200	-12,0	0,4	0,3
14	200	-57,0	200	-13,8	0,5	0,3
16	200	-75,7	200	-15,7	0,6	0,3
18	200	-97,5	200	-17,6	0,7	0,3
20	200	-119,1	200	-19,3	0,8	0,3
22	200	-149,8	200	-21,1	0,9	0,3
24	200	-186,7	200	-22,8	1,1	0,3
	[mA]	[mA]			[mA]
26	2	-0,239	200	-24,7	0,003	0,3
28	2	-0,293	200	-26,1	0,003	0,3
30	2	-0,364	200	-27,5	0,004	0,3

0. Dioda Zenera D1.

D1 - kierunek zaporowy
Uz [V]	zakres [mA]	I [mA]	zakres [V]	U [V]	I [mA]	U [V]
0	20	0,00	20	0,00	0,02	0,02
2	20	0,00	20	-2,00	0,02	0,03
4	20	0,00	20	-4,07	0,02	0,04
6	20	0,00	20	-6,00	0,02	0,05
8	20	0,00	20	-8,24	0,02	0,06
10	20	-0,68	20	-8,85	0,02	0,06
12	20	-1,59	20	-8,87	0,03	0,06
14	20	-2,60	20	-8,88	0,03	0,06
16	20	-3,50	20	-8,90	0,04	0,06
18	20	-4,47	20	-8,93	0,04	0,06
20	20	-5,38	20	-8,94	0,05	0,06
22	20	-6,35	20	-8,95	0,05	0,06
24	20	-7,32	20	-8,97	0,06	0,06
26	20	-8,24	20	-8,98	0,06	0,06
28	20	-9,24	20	-9,00	0,07	0,07
30	20	-10,27	20	-9,01	0,07	0,07
D1 - kierunek przewodzenia
Uz [V]	zakres [mA]	I [mA]	zakres [V]	U [V]	I [mA]	U [V]
0	20	0,00	2	0,000	0,02	0,002
1	20	0,20	2	0,650	0,02	0,005
2	20	0,66	2	0,702	0,02	0,006
3	20	1,10	2	0,721	0,03	0,006
4	20	1,61	2	0,734	0,03	0,006
5	20	2,02	2	0,742	0,03	0,006
6	20	2,47	2	0,748	0,03	0,006
7	20	2,96	2	0,754	0,03	0,006
8	20	3,41	2	0,759	0,04	0,006
9	20	3,89	2	0,763	0,04	0,006
10	20	4,39	2	0,767	0,04	0,006
11	20	4,84	2	0,771	0,04	0,006
12	20	5,38	2	0,774	0,05	0,006
13	20	5,82	2	0,776	0,05	0,006
14	20	6,32	2	0,779	0,05	0,006
15	20	6,80	2	0,781	0,05	0,006
16	20	7,30	2	0,784	0,06	0,006
17	20	7,78	2	0,786	0,06	0,006
18	20	8,27	2	0,788	0,06	0,006
19	20	8,76	2	0,790	0,06	0,006
20	20	9,14	2	0,791	0,07	0,006
21	20	9,69	2	0,793	0,07	0,006
22	20	10,15	2	0,795	0,07	0,006

0. Dioda Zenera D2.

D2 - kierunek przewodzenia
Uz [V]	zakres [mA]	I [mA]	zakres [V]	U [V]	I [mA]	U [V]
0	20	0,00	2	0,000	0,02	0,002
1	20	0,22	2	0,607	0,02	0,005
2	20	0,67	2	0,638	0,02	0,005
3	20	1,13	2	0,652	0,03	0,005
4	20	1,61	2	0,662	0,03	0,005
5	20	2,05	2	0,668	0,03	0,005
6	20	2,51	2	0,674	0,03	0,005
7	20	2,99	2	0,678	0,03	0,005
8	20	3,48	2	0,682	0,04	0,005
9	20	3,97	2	0,685	0,04	0,005
10	20	4,43	2	0,688	0,04	0,005
11	20	4,96	2	0,691	0,04	0,005
12	20	5,37	2	0,693	0,05	0,005
13	20	5,88	2	0,695	0,05	0,005
14	20	6,38	2	0,698	0,05	0,005
15	20	6,85	2	0,699	0,05	0,005
16	20	7,28	2	0,700	0,06	0,006
17	20	7,85	2	0,702	0,06	0,006
18	20	8,34	2	0,704	0,06	0,006
19	20	8,84	2	0,705	0,06	0,006
20	20	9,17	2	0,706	0,07	0,006
21	20	9,74	2	0,707	0,07	0,006
22	20	10,21	2	0,708	0,07	0,006

D2 - kierunek zaporowy
Uz [V]	zakres [mA]	I [mA]	zakres [V]	U [V]	I [mA]	U [V]
0	20	0,00	20	0,00	0,02	0,02
2	20	0,00	20	-2,08	0,02	0,03
4	20	0,00	20	-4,05	0,02	0,04
6	20	-0,01	20	-6,16	0,02	0,05
8	20	-0,57	20	-7,00	0,02	0,06
10	20	-1,45	20	-7,01	0,03	0,06
12	20	-2,44	20	-7,02	0,03	0,06
14	20	-3,44	20	-7,04	0,04	0,06
16	20	-4,38	20	-7,05	0,04	0,06
18	20	-5,34	20	-7,06	0,05	0,06
20	20	-6,24	20	-7,07	0,05	0,06
22	20	-7,19	20	-7,08	0,06	0,06
24	20	-8,20	20	-7,09	0,06	0,06
26	20	-9,17	20	-7,09	0,07	0,06
28	20	-10,14	20	-7,11	0,07	0,06

0. Dioda Zenera D3.

D3 - kierunek przewodzenia
Uz [V]	zakres [mA]	I [mA]	zakres [V]	U [V]	I [mA]	U [V]
0	200	0,0	2	0,000	0,2	0,002
2	200	0,6	2	0,688	0,2	0,005
4	200	1,5	2	0,717	0,2	0,006
6	200	2,5	2	0,732	0,2	0,006
8	200	3,4	2	0,742	0,2	0,006
10	200	4,3	2	0,748	0,2	0,006
12	200	5,4	2	0,754	0,2	0,006
14	200	6,4	2	0,759	0,2	0,006
16	200	7,3	2	0,763	0,2	0,006
18	200	8,3	2	0,767	0,2	0,006
20	200	9,2	2	0,769	0,2	0,006
22	200	10,1	2	0,772	0,3	0,006
24	200	11,1	2	0,774	0,3	0,006
26	200	12,1	2	0,776	0,3	0,006
28	200	13,0	2	0,778	0,3	0,006
30	200	14,1	2	0,781	0,3	0,006
32	200	15,0	2	0,782	0,3	0,006
34	200	16,0	2	0,784	0,3	0,006
36	200	16,9	2	0,785	0,3	0,006
38	200	18,0	2	0,787	0,3	0,006
40	200	18,8	2	0,788	0,3	0,006
42	200	19,6	2	0,789	0,3	0,006
44	200	20,6	2	0,790	0,3	0,006

D3 - kierunek zaporowy
Uz [V]	zakres [mA]	I [mA]	zakres [V]	U [V]	I [mA]	U [V]
0	20	0,00	20	0,00	0,02	0,02
2	20	0,00	20	-2,07	0,02	0,03
4	20	-0,34	20	-3,38	0,02	0,04
6	20	-1,06	20	-3,82	0,03	0,04
8	20	-1,93	20	-4,06	0,03	0,04
10	20	-2,75	20	-4,20	0,03	0,04
12	20	-3,69	20	-4,31	0,04	0,04
14	20	-4,60	20	-4,39	0,04	0,04
16	20	-5,54	20	-4,46	0,05	0,04
18	20	-6,48	20	-4,51	0,05	0,04
20	20	-7,40	20	-4,56	0,06	0,04
22	20	-8,35	20	-4,60	0,06	0,04
24	20	-9,32	20	-4,63	0,07	0,04
26	20	-10,29	20	-4,66	0,07	0,04
28	20	-11,22	20	-4,69	0,08	0,04

0. 6. Wykresy.

0. a) Charakterystyka pradowo napieciowa diody D1

0. 
   

0. b) Charakterystyka pradowo napieciowa diody D2

0. 
   

0. c) Charakterystyka pradowo napieciowa diody D3

0. 
   

0. d) Charakterystyka pradowo-napieciowa diody Zenera D1

0. 
   

0. e) Charakterystyka pradowo-napieciowa diody Zenera D2

0. 
   

0. f) Charakterystyka pradowo-napieciowa diody Zenera D3

0. 
   

0. 7. Bledy.

0. Na dokladnosc pomiar�w wplyw mialy nastepujace bledy:

• blad podstawowy multimetru przy pomiarze napiecia stalego:

0. � (0,5 % wartosci zmierzonej + 2 jedn.)

• blad podstawowy multimetru przy pomiarze pradu stalego:

� (0,5 % wartosci zmierzonej + 2 jedn.)

Bledy powyzsze podane byly w instrukcji cwiczenia.

8. Wnioski.

Ksztalt charakterystyki diod prostowniczych U=f(I) we wsp�lrzednych U, I jest typowy dla zlacza p-n zar�wno w kierunku przewodzenia jak i zaporowym. Charakterystyka ta wykazuje wlasciwosci zlacza p-n jako elementu prostowniczego, czyli duzy prad w kierunku przepustowym, maly w kierunku zaporowym.

Charakterystyka U = f(I) diody Zenera dokladnie przedstawia wlasciwosci diody, bedace wynikiem zastosowania w niej zjawiska Zenera. Przy polaryzacji w kierunku przewodzenia dioda Zenera ma charakterystyke zblizona do charakterystyki normalnej diody, tzn. spadek napiecia jest na niej staly i wynosi okolo 0.6 - 0.7 [V]. Dzieki wykorzystaniu zjawiska Zenera i zjawiska lawinowego w stabilizatorach uzyskano najprostszy element stabilizacyjny, przy zastosowaniu kt�rego mozna w bardzo latwy spos�b zaprojektowac stabilizator napiecia.

---