oraz I = 50Ω, przez który przepływają kluczowane na przemian prądy I + . W przypadku, gdy Robc > RGR

Transkrypt

1 Laboaoium Pzyządów Półpzewodikowych Ćwiczeie Właściwości dyamicze diod p- 1 CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczeia jes zapozaie się z pocesem pzełączaia diod p- oaz sposobem usalaia waości wybaych paameów, chaakeyzujących właściwości dyamicze diody, a podsawie aalizy eo pocesu WPOWADZENIE W celu ławiejszeo zozumieia zasosowaeo w ćwiczeiu sposobu badaia pocesu pzełączaia diod w piewszej kolejości podao kilka uwa odośie kluczowaeo źódła pądoweo 1 Kluczowae źódło pądowe Sosoway w ćwiczeiu moduł KZP (ys 3) wymaa apięć zasilających U Z1, U Z oaz apięcia u fali posokąej o ampliudzie większej od 05V (waość międzyszczyowa większa od 1V ), dopowadzoej do zacisków NK z eeaoa G43 Pzez wyjście KZP w zaleŝości od fazy apięcia u, pzepływają a pzemia dodaie I + (wypływające z KZP) i ujeme I (wpływające do KZP) impulsy pądowe W module KZP isieje moŝliwość iezaleŝej eulacji impulsów I + oaz I, a poado ich pomiau popzez oscyloskopową obsewację apięcia a zaciskach pomiaowych ZP Do ych zacisków wewąz modułu jes pzyłączoy ezyso wzocowy W = 50Ω, pzez kóy pzepływają kluczowae a pzemia pądy I + oaz I waukiem, Ŝe Pąd wyjściowy KZP ie zaleŝy od ezysacji obciąŝeia modułu obc 5V G =, I obc, pod dzie I = I + lub I = I W pzypadku, dy obc > G, moduł KZP saje się źódłem apięciowym o wydajości + 5V lub 5V odpowiedio do fazy apięcia u Pzełączaie diody Na ys 1a schemayczie pzedsawioo wykozysywae w ćwiczeiu układ pzełączaia diody, aomias a ys 1b czasowy pzebie pądu diody i apięcia a diodzie w ym układzie Pzebiei a ym ysuku ozymao pzy pomocy poamu kompueowej symulacji układów elekoiczych SPICE, wykozysując model diody o asępujących paameach: I S = 1 pa S = 16 Ω C j0 = p = 1 s pąd asyceia, ezysacja szeeowa, pojemość złączowa pzy zeowym apięciu a diodzie, czas pzelou ośików pzez diodę, Wydział Elekoiki, Telekomuikacji i Ifomayki, Kaeda Sysemów Mikoelekoiczych 1

2 Laboaoium Pzyządów Półpzewodikowych Ćwiczeie Właściwości dyamicze diod p- ys 1 Pzełączaie diody półpzewodikowej: a) ukła d pomiaowy, b) pzebie pądu i apięcia diody W pzedziale czasowym, 1 a wyjściu KZP wysępuje dodai impuls pądowy I = + I Te impuls pądowy bez ziekszałceń pzepływa pzez diodę W chwili asępuje pzełączeie pądu KZP z I = + I do I = I Po pzełączeiu waość pądu wseczeo diody uzymuje się bez zmia I = I pzez czas, a asępie szybko maleje do waości I S ~ 0 W czasie asępuje zaik ładuku ośików admiaowych Q zmaazyowaych w obszaach quasieualych złącza podczas jeo pacy w kieuku pzewodzeia Q = I, (1) dzie czas pzelou ośików pzez diodę Poces zaiku ładuków admiaowych ośików opisuje ówaie ciąłości d Q Q i =, + d >, () dzie czas Ŝycia ośików admiaowych W diodzie, kóej pąd jes wymuszay pzez zewęze źódło zasilaia, czas Ŝycia ośików admiaowych jes ówy czasowi pzebywaia ich w obszaze diody, a więc czasowi pzelou Scałkowaie eo ówaia pzy załoŝeiu, Ŝe pzez cały czas usuwaia ładuku Q jes wymuszay sały pąd diody (a więc jak w ćwiczeiu) powadzi do zaleŝości Q ( ) = I + ( I I + ) e > z kóej po pzekszałceiach, pzy wauku dzie: czas pzełączeia pądu KZP Q + = 0, ozymuje się I = l 1+ I, (3), (4) Wydział Elekoiki, Telekomuikacji i Ifomayki, Kaeda Sysemów Mikoelekoiczych

3 Laboaoium Pzyządów Półpzewodikowych Ćwiczeie Właściwości dyamicze diod p- Tak więc pomia czasu, pzy zaych waościach pądu I i I, umoŝliwia wyzaczeie czasu pzelou W momecie pzełączeia pądu od waości S I do I wysępuje skok apięcia u = I + I związay ze zmiaą pądu płyąceo pzez ezysację szeeową diody S Nasępie apięcie pozosaje pawie sałe pzez czas apięcie diody szybko zmieia się do waości 5V 3 Wyzaczaie czasu Ŝycia ośików admiaowych = Od momeu = + Popzedio omówioo pzypadek seowaia diody pzemieymi impulsami pądowymi o ampliudach I +, I Jak juŝ wspomiao, moduł KZP umoŝliwia akŝe seowaie diody jedyie dodaimi impulsami pądowymi Pzebie pądu I apięcia diody w akich waukach pzedsawioo a ys są o ówieŝ wyiki kompueowych symulacji diody o podaych wcześiej paameach W chwili = (po zaiku pądu I ) apięcie a diodzie wałowie maleje o waość u a asępie maleje łaodie aŝ do zea u = I, (5) S ys Pzebie apięcia diody pzy pobudzaiu jej dodaimi impulsami pądowymi Wysępowaie apięcia a diodzie po wyłączeiu pądu I wyika z obecości ładuku ośików admiaowych w obszaach quasieualych złącza Wobec baku pądu I usuwająceo e admiaowe ośiki, zaik eo ładuku moŝe asąpić jedyie w wyiku zjawiska ekombiacji ośików zodie z zaleŝością ( 0) p T = p p = p p e, (6) dzie: p( ) całkowia koceacja dziu a skaju waswy zapoowej złącza po soie obszau ypu, p ówowaowa koceacja ośików miejszościowych, czas Ŝycia ośików miejszościowych Wydział Elekoiki, Telekomuikacji i Ifomayki, Kaeda Sysemów Mikoelekoiczych 3

4 Laboaoium Pzyządów Półpzewodikowych Ćwiczeie Właściwości dyamicze diod p- Uwzlędiając, Ŝe u = (7) p p e oaz, Ŝe poces zmia koceacji p ozpoczya się w momecie (paz zaleŝość (6)), ozymuje się u >> V a sąd dla T e 1 = e 1 e u u u u V > (8) T (9) oaz po pzekszałceiach V du d T = (10) = W zeczywisej diodzie dodakowo aleŝy uwzlędić efek ozładowaia pojemości baieowej złącza Efek e powoduje, Ŝe apięcie a diodzie po wyłączeiu pądu I zmieia się ieco iaczej, iŝ o opisuje wzó (9) Odsępswo o ie jes zby duŝe i pzy wyzaczaiu czasu Ŝycia a podsawie wzou (10) moŝe być pomiięe 3 ZADANIA G43 Db TM 3 OS-9000SS U Z1 =+15 V 0 U Z =-15 V u NK I + = I KZP I - = I p 1 1 Y1 Y 11 0 ZP do Y ys 3 Układ do obsewacji pzebieu pądu i apięcia diody Wydział Elekoiki, Telekomuikacji i Ifomayki, Kaeda Sysemów Mikoelekoiczych 4

5 Laboaoium Pzyządów Półpzewodikowych Ćwiczeie Właściwości dyamicze diod p- Z1 W układzie z ys 3 pzepowadzić obsewację pzebieów pądu i apięcia diod, pzy ym: a - połączyć wyjście eeaoa fukcyjeo G43 (iazdo koceycze) z wejściem Y oscyloskopu i usawić eeao: fala posokąa, ampliuda 05V, składowa sała (DC offse) 0V, b - wyjścia eeaoa fukcyjeo G43 połączyć z wejściem NK ablicy moaŝowej TM3, c - podłączyć apięcia zasilające ablicę TM3, d - do wyjścia ZP ablicy moaŝowej TM3 dołączyć wejście Y oscyloskopu i usawić pąd I = I = 10mA, co odpowiada ampliudom obsewowaych a ZP impulsów + apięciowych + 05V i 05V (paz p 1 = 50Ω ), e - zodie ze schemaem pzedsawioym a ys 3 zmoować układ a ablicy moaŝowej TM3 i dołączyć oscyloskop, f - obejzeć a oscyloskopie i pzeysować pzebiei pądu i apięcia diod: BYP401 dioda posowicza oóleo zasosowaia (pzy częsoliwości khz lub 5 khz lub pzy ak dobaej częsoliwości, aby był moŝliwy pomia zody z eoeyczym) BA157 dioda pzełączająca (pzy częsoliwości 100 khz, eweuale oscylacje uśedić popocjoalie do obwiedi) - poówać wyiki obsewacji dla obu diod Z Na podsawie pomiau czasu obliczyć waość czasu pzelou dla diody BYP401 pzy I = 10 i 50 ma oaz I = 10 i 50 ma Pomiay wykoać w układzie z ys 3 (pzy częsoliwości lub 5 khz), w kóym pzełączyć wejście YB oscyloskopu a wyjście ZP ablicy moaŝowej TM3 Z3 W układzie z ys 3 wyzaczyć czas Ŝycia admiaowych ośików miejszościowych i ezysację szeeową badaych diod Usawić I = 0, I = 10mA Dla diody BYP401 pzyjąć częsoliwości kluczowaia khz, a dla diody BA khz Poówać waości czasu Ŝycia i czasu pzelou W 4 WYPOSAśENIE STANOWISKA LABOATOYJNEGO 1 Napięcia zasilające: sałe + 15V oaz 15V Układy laboaoyje i podzespoły: ablica moaŝowa TM3 z modułem kluczowaeo źódła pądoweo KZP, dioda BYP401 zmoowaa a płyce PE1, dioda BA157 zmoowaa a łączówce, kodesao ceamiczy C=33, ezysoy wymiee o ezysacjach: = 1Ω, 10Ω, 3 Geeao fukcyjy G43 Wydział Elekoiki, Telekomuikacji i Ifomayki, Kaeda Sysemów Mikoelekoiczych 5