ĆWICZENIE 1 CHARAKTERYSTYKI STATYCZNE DIOD P-N

Transkrypt

1 LBORTORM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNKOWYCH ĆWCZENE 1 CHRKTERYSTYK STTYCZNE DOD P-N K T E D R S Y S T E M Ó W M K R O E L E K T R O N C Z N Y C H

2 1 CEL ĆWCZEN Celem ćwiczenia jet zapoznanie ię z: przebiegami tatycznych charakterytyk prądowo-napięciowych diod półprzewodnikowych protowniczych, przełączających i elektroluminecencyjnych, metodami pomiaru charakterytyk tatycznych diod półprzewodnikowych, działaniem i obługą urządzeń pomiarowych: ocylokop, amperomierz, woltomierz 2 ZDN 21 Zadania do wykonania w laboratorium Z1 Oberwacja ocylokopowa charakterytyk Na Ry 1 przedtawiono układ do oberwacji na ekranie ocylokopu charakterytyk diod dla kierunku przewodzenia 12 k B 0,2 TM 2 B 0,2 Db 7 R k Dp BP17 10 R2 1 OS-9000SRS 30 Y X Ry 1 kład do oberwacji ocylokopowej charakterytyki diody Napięcie na rezytancji R2 (1Ω) jet wprot proporcjonalne do prądu badanej diody Db NaleŜy doprowadzić je do wejścia Y ocylokopu Pomocnicza dioda Dp ogranicza ujemne impuly napięcia doprowadzanego do diody badanej Db Na tablicy montaŝowej TM2 zmontować układ z Ry 1 do oberwacji ocylokopowej diod półprzewodnikowych Podane na Ry 1 numery charakterytyk tatycznych ( ) węzłów odpowiadają numerom końcówek na tablicy montaŝowej TM2 Obejrzeć i przeryować z ekranu ocylokopu charakterytyki wzytkich badanych diod na wpólny wykre kład zailać napięciem zmiennym 12 k tawić tryb pracy ocylokopu XY Proponowane natawy ocylokopu: kanał X 02 /cm, kanał Y 5m/cm NaleŜy pamiętać o prawidłowym utawieniu punktu (0,0) (np w lewym dolnym rogu ekranu ocylokopu) oraz kalibrowaniu obu kanałów 2

3 Opiać dokładnie ocylogram Zanotować natawy ocylokopu (OLTS/D) obu kanałów m, natomiat oś napięcia (oś Oś prądu (oś Y) naleŝy wykalować w miliamperach [ ] X) naleŝy wykalować w woltach [ ] NaleŜy pamiętać, Ŝe prąd diody odczytywany jet jako napięcie na rezytorze R2, którego rezytancja wynoi 1Ω Zatem wartość prądu diody równa jet co do wartości napięciu na rezytorze R2 np jeśli natawa ocylokopu w kanale Y OLTS/D= 5m, wówcza na ocylogramie naleŝy przyjąć jednotkę 5m Wyjaśnić z czego wynikają róŝnice wartości padków napięć na diodach przy tej amej wartości prądu, np =10m Diody ą zamontowane na płytce PE1 patrz Ry 2 D1 D2 PE 1 D1 BYP 401 D4 D2 CQYP 16 D3 D3 BP 17 D4 CQP 431 dioda krzemowa protownicza dioda LED z arenku galu dioda krzemowa przełączająca dioda LED z foforku Ry 2 Płytka PE1 z badanymi diodami Z2 Pomiar charakterytyk metodą punkt po punkcie Z21 Na tablicy montaŝowej TM1 zmontować układ z Ry 3 do pomiaru charakterytyk tatycznych metodą punkt po punkcie kład zailać napięciem tałym + 5 Zmierzyć charakterytyki ( ) diod BYP 401 i BP17 polaryzowanych w kierunku przewodzenia RZN Metex 1 max =100m TM 1 Db C 33n Ry 3 kład do pomiaru charakterytyki diody w kierunku przewodzenia Jako amperomierz zatoować miernik 726, na którym padek napięcia dla kaŝdego zakreu wynoi 100m przy wkazywaniu makymalnej wartości prądu Przed przytąpieniem do pomiarów miernik ten naleŝy wykalibrować Do węzłów 9, 10 naleŝy dołączyć kondenator ceramiczny C=33nF w celu zmniejzenia poziomu zakłóceń na zacikach wejściowych amperomierza Dla dowolnej wartości prądu odczytywanego przez amperomierz 726 padek napięcia na tym amperomierzu wynoi 100m =, (1) ZK 3

4 gdzie: padek napięcia na amperomierzu, wartość prądu mierzonego przez amperomierz, wartość prądu zakreowego ZK Oznacza to, Ŝe np jeśli na zakreie pomiarowym = 10m mierzony jet prąd = 1m, to 1m padek napięcia na amperomierzu wynoi = 100m = 10m Natomiat gdyby ten 10m am prąd = 1m mierzyć na zakreie = 1m, to padek napięcia na amperomierzu wyniółby 1m = 100m = 100m 1m ZK Ŝycie miernika 726 jako amperomierza umoŝliwia łatwe obliczanie napięcia na diodzie Napięcie mierzone przez woltomierz (Metex) jet umą padku napięć na diodzie badanej oraz padku napięcia na amperomierzu : Zatem napięcie faktycznie wytępujące na diodzie wynoi: ZK = + (2) 100m = = (3) Przykładowo, jeśli napięcie mierzone woltomierzem wynoi = 850m przy prądzie = 30m mierzonym na zakreie = 100m, wówcza napięcie na diodzie wynoi 30m = = 850m 100m = 850m 30m = 820m 100m ZK Z22 Zgodnie ze chematem przedtawionym na ry4 zmierzyć, a natępnie wykreślić na diod BYP 401 i BP17 w kierunku zaporowym jednym ryunku charakterytyki ( ) Porównać wartości prądu zaporowego diod dla napięcia polaryzującego = -5 z wyznaczonymi w zadaniu Z21 prądami naycenia ZK RZN Metex 1 max =5m TM 1 Db C 33n Ry 4 kład do pomiaru charakterytyki diody w kierunku zaporowym 4

5 Spoób określania parametrów modelu diody W celu wyznaczenia parametrów charakterytyki tycznej diody naleŝy korzytać z diody dla kierunku wykreu zmierzonej charakterytyki prądowo-napięciowej ( ) przewodzenia Typową charakterytykę prądowo-napięciową diody przedtawiono w kali logarytmiczno liniowej na Ry 4 (linia ciągła) Na charakterytyce tej widać zakre średnich gętości prądów, w którym zaleŝność prądu od napięcia moŝe być opiana funkcją ekponencjalną (4), oraz zakre duŝych gętości prądów, w którym ujawnia ię wpływ rezytancji zeregowej r nt = e, (4) gdzie oznacza prąd naycenia, n to wpółczynnik nieidealności złącza, natomiat T to potencjał elektrokinetyczny, który w temperaturze pokojowej równy jet 26m Po zlogarytmowaniu zaleŝności (4) otrzymuje ię równanie protej tanowiącej aprokymację charakterytyki ( ) w kali logarytmiczno-liniowej ln = ln S + (5) nt Prota, którą opiuje powyŝze równanie (5), pozwala na graficzne wyznaczenie oraz n (patrz Ry 4) wyznacza ię z punktu przecięcia tej protej z oią prądów Natomiat wpółczynnik nieidealności złącza wyznacza ię jako nachylenie protej n = ln T (6) Dla duŝych gętości prądów nie moŝna pominąć padku napięcia na rezytancji zeregowej r Spadek napięcia na rezytancji r naleŝy wyznaczyć dla najwiękzej wartości ' zmierzonego prądu diody ' Zgodnie z Ry 4 rezytancję tę moŝna obliczyć jako r =, ' gdzie ' oznacza róŝnicę pomiędzy wartością napięcia oberwowaną na diodzie, a napięciem, które panowałoby na tej diodzie, gdyby rezytancja zeregowa byłaby równa zero T 5

6 100m 30m 10m 3m = r 1m 300µ (ln) 100µ 30µ 10µ ln 3µ 1µ 300n 100n 30n 10n 3n 1n 0 200m 400m 600m 800m Ry 4 kład do pomiaru charakterytyki diody w kierunku przewodzenia 3 WYPOSśENE STNOWSK LBORTORYJNEGO 1 Napięcia zailające: tałe + 5, -24, zmienne ~ 12 k 2 kłady laboratoryjne i podzepoły: tablice montaŝowe: TM1 z modułem regulowanego źródła napięcia RZN oraz TM2, zepół badanych diod zmontowanych na płytce PE1, dioda pomocnicza Dp typ BP 17, zmontowana na łączówce 2-kontaktowej, kondenator ceramiczny C=33nF, rezytory wymienne o rezytancjach: R = 1Ω, 1kΩ 6