Fizyka 3.3 III. DIODA ZENERA. 1. Zasada pomiaru.

Transkrypt

1 Fiyka 3.3 III. DIODA ZENERA Cel ćwicenia: Zaponanie się asadą diałania diody Zenera, wynacenie jej charakterystyki statycnej, napięcia wbudowanego ora napięcia Zenera. 1) Metoda punkt po punkcie 1. Zasada pomiaru. Najprostsą metodą wynacania charakterystyk statycnych diod jest metoda punkt po punkcie". Metoda ta jest casochłonna i nie powala na wynacanie charakterystyk statycnych w dużym akresie prądów i napięć, ponieważ dioda nagrewa się i otrymywane charakterystyki są nie tylko funkcją jej właściwości elektrycnych, ale również temperatury. Pomiar powinien być więc wykonany możliwie sybko i pry wartościach prądów i napięć nacnie niżsych od dopuscalnych. Zaletą metody jest stosunkowo duża dokładność. Podstawowe układy do wynacania charakterystyk statycnych diod metodą punkt po punkcie" predstawiono na rysunku 1. Rys.1. Schematy układów pomiarowych do wynacania charakterystyk statycnych łąca p-n metodą punkt po punkcie : a) w akresie małych oporności diody, b) w akresie dużych oporności diody. Dla diod Zenera należy astosować układ do wynacania charakterystyk statycnych dla obydwu kierunków polaryacji tak jak to predstawia schemat na rys. 1a. 2. Metoda oscyloskopowa Zaletą metody oscyloskopowej jest możliwość obserwacji charakterystyki prądowonapięciowej dla obydwu kierunków polaryacji łąca jednoceśnie. Wadą tej metody jest stosunkowo mała dokładność. Na rys. 2 predstawiono uproscony schemat do wynacania charakterystyk prądowo-napięciowych diod półprewodnikowych metodą oscyloskopową. Wynacając charakterystyki prądowo-napięciowe metodą oscyloskopową diodę asila się e źródła napięcia miennego o niskiej cęstotliwości. W najprostsym prypadku może ono być obniżone, a pomocą transformatora, napięcie sieci (rys. 2). Spadek napięcia na diodie D jest doprowadony do wejścia X (CH1) oscyloskopu, natomiast spadek napięcia na reystore pomiarowym R - proporcjonalny do prądu płynącego pre diodę - do wejścia Y (CH2). W niektórych oscyloskopach, e wględu na umiejscowienie masy w układie pomiarowym, można włącyć inwersję kanału Y.

2 Rys. 2. Schemat układu do pomiaru charakterystyk I-V diody metoda oscyloskopową. Sumarycną wartość reystancji R i R 1 dobieramy w taki sposób, aby prąd płynący w obwodie był mniejsy od dopuscalnego prądu badanej diody, aś wartość reystora R powinna apewnić łatwe prelicanie cułości kanału drugiego (CH2) napięciowej (V/div) na prądową (I/div). Najcęściej R=1k Wówcas odcytana wartość napięcia w [V] jest równoważna wartości natężenia prądu wyrażonej w [ma]. 2. Zadania do wykonania. Wykonać pomiary charakterystyk dla wybranej diody Zenera w kierunku prewodenia i aporowym. W każdym prypadku sprawdić w katalogu jakie są dopuscalne wartości prądów poscególnych diod. Diody Zenera astosowane w układie to: BZX85C 2V7 (nr 2), BZX85C 3V3 (nr 3), BZX85C 4V3 (nr 4). Dla porównania prebiegów pod nr 1 umiejscowiono kremową diodę prostownicą. a) Metoda punkt po punkcie Połącyć układ według schematu predstawionego na rys. 3 (gniado cerwone połącyć wybraną diodą). Jako amperomier użyć multimetr BM857 aś jako woltomier multimetr BM811. Rys. 3. Schemat układu do pomiaru charakterystyk statycnych diod półprewodnikowych. b) Metoda oscyloskopowa Połącyć układ według schematu predstawionego na rysunku 4b (gniado ielone połącyć wybraną diodą). a) b) Rys.4.a) Obwód diodami; b) schemat połąceń obwodu diodami do układu pomiarowego. 2

3 Zbudować układ pomiarowy według schematu predstawionego na rysunku 4. Gniada BNC najdujące się na bocnych ściankach makiety, to wejście X i wyjście Y obwodu badaną diodą. Na wejście X podawany jest generatora prebieg trójkątny o cęstotliwości 1000 H i napięciach scytowych +2.5V (U we ). Należy aobserwować kstałt prebiegu wyjściowego (U wy ) dla diody Zenera i porównać go kstałtem prebiegu wyjściowego dla diody prostownicej. Na ekranie oscyloskopu powinny być widocne prebiegi podobne do tych predstawionych na rys. 5. Prerysować obserwowane oscylogramy na papiere milimetrowym Zanacyć na oscylogramach jednostki prądu i napięcia, biorąc pod uwagę akresy cułości obydwu kanałów oscyloskopu. Rys. 5. Prykładowe oscylogramy prebiegów napięć dla diody prostownicej i Zenera. Korystając oscylogramów prebiegów napięć dla diody Zenera policyć wartość natężenia prądu płynącego pre diodę ID w kierunku prewodenia i aporowym, pamiętając, że I D =U wy /R, U D =U WE -U WY 3. Opracowanie wyników. Na podstawie mieronych charakterystyk należy: a) Wykreślić mieroną charakterystykę I-V w kierunku prewodenia i aporowym dla diody Zenera, mieroną metodą punkt po punkcie. Następnie oblicyć i anacyć na wykresach niepewności pomiaru dla prądu i napięcia, korystając formuł podanych w instrukcjach do multimetrów. b) Wynacyć potencjał wbudowany diody prostownicej i diod Zenera korystając cęści liniowej wykresu I-V (dla dużych napięć w kierunku prewodenia). Wykorystać do tego celu regresję liniową. Potencjał wbudowany jest równy:, (1) gdie a i b współcynniki regresji w równaniu. 3

4 c) Aby oblicyć niepewność pomiaru potencjału wbudowanego, należy skorystać niepewności wynikających regresji liniowej i : * + * + (2) d) Osacować i anacyć na wykresach minimalny prąd wstecny (I min ), pry którym efekt stabiliacji napięcia jest widocny. Oblicyć u(i min ) analogicnie do u(i). e) Określić napięcie progowe U ZK i napięcie Zenera U Z badanej diody. Wyniki porównać danymi katalogowymi. Oblicyć niepewność u(u ZK ) ora u(u Z ) analogicnie do u(u). f) Wynacyć reystancję statycną i dynamicną dla wybranych pre prowadącego punktów pracy badanej diody, w akresie od 5 ma do 50 ma, korystając e worów (3) i (4) (por. rys. 6). Reystancja dynamicna: R U (3) Reystancja statycna : s I I R U (4) Oblicyć niepewności wynaconych wartości poniżsych worów. Niepewność reystancji statycnej: ( ) ( ), (5) gdie u(u Z ) i u(i Z ) licymy analogicnie do u(i) i u(u). Niepewność reystancji dynamicnej: ( ) ( ), (6) gdie u(δu Z ) to suma niepewności wartości napięcia na końcach prediału ΔU Z : Niepewność u(δi Z ) licona jest analogicnie jak u(δu Z ). g) Dołącyć prerysowane oscylogramy. 4

5 Rys.6 Charakterystyka i akres użytecnej pracy diody stabiliacyjnej. Absolute Maximum Ratings Tj = 25 o C Dane katalogowe Parameter Test Conditions Symbol Value Unit Power dissipation l=4mm, TL=25 o C PV 1.3 W Junction temperature Tj 175 o C Storage temperature range Tstg o C Type VZnom IZT VZT RjT RjK IZK IR VR TKVZ BZX85C... [V] [ma] [V] [Ω] [Ω] [ma] [μa] [V] [%/K] 2V to 2.9 < 20 < < to V to 3.2 < 20 < < to V to 3.5 < 20 < < to V to 3.8 < 20 < < to V to 4.1 < 15 < < to V to 4.6 < 13 < < to