Politechnika Białostocka

Transkrypt

1 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra utomatyki i Elektroniki Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: ELEKTRONIK ENS1C WYBRNE ZSTOSOWNI DIOD PÓŁPRZEWODNIKOWYCH BIŁYSTOK 2013

2 1. CEL I ZKRES ĆWICZENI LBORTORYJNEGO Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest: poznanie podstawowych właściwości i parametrów diod półprzewodnikowych (prostowniczych, uniwersalnych, stabilizacyjnych, pojemnościowych, stabilizatorów prądu); zapoznanie się z kartami katalogowymi badanych elementów; pomiar statycznych charakterystyk prądowo-napięciowych diod półprzewodnikowych; badanie wybranych układów z diodami półprzewodnikowymi. Szczegółowy zakres ćwiczenia oraz typy i symbole badanych elementów podaje prowadzący na początku ćwiczenia. 2. WYPOSŻENIE STNOWISK POMIROWEGO makiety uniwersalne, przedstawione na rys.1 i rys. 2; uniwersalna płyta łączeniowa GL-12F z przewodami łączeniowymi; regulowany zasilacz laboratoryjny HM7042 (2x 0 32 V/ x 0 5,5 V/0 5 ); oscyloskop cyfrowy; generator funkcyjny; częstościomierz; multimetry uniwersalne. Pozostałe przyrządy pomiarowe będą dostępne w zależności od potrzeb, wynikających ze specyfiki badanego układu. a) 2

3 b) Rys. 1 Dwa rodzaje makiet uniwersalnych do badania diod półprzewodnikowych skala 1:1 (Oznaczenia: szare kółka gniazda bananowe 2mm, czarne prostokąty miniaturowe listwy łączeniowe do mocowania elementów z dwoma lub trzema zaciskami) Rys.2 Makieta do badania diod półprzewodnikowych oraz ich wybranych zastosowań 3

4 3. UKŁDY POMIROWE 3.1 Badanie diod półprzewodnikowych Układ do wyznaczanie charakterystyk statycznych metodą "punkt po punkcie". Najprostszą metodą wyznaczania charakterystyk statycznych diod jest metoda punkt po punkcie". Metoda ta jest czasochłonna i nie pozwala na wyznaczanie charakterystyk statycznych w dużym zakresie prądów i napięć, ponieważ dioda nagrzewa się i otrzymywane charakterystyki są nie tylko funkcją jej właściwości elektrycznych, ale również temperatury. Pomiar powinien być więc wykonany możliwie szybko i przy wartościach prądów i napięć znacznie niższych od dopuszczalnych. Zaletą metody jest stosunkowo duża dokładność. Podstawowe układy do wyznaczania charakterystyk statycznych diod metodą punkt po punkcie" przedstawiono na rysunku 3. + Zasilacz regulowany R V _ a) + Zasilacz regulowany R V _ b) Rys.3 Schematy układów pomiarowych do wyznaczania charakterystyk statycznych złącza p-n metodą punkt po punkcie : a) w kierunku przewodzenia, b) w kierunku zaporowym Pierwszy z przedstawionych układów, jest układem do pomiaru małych rezystancji (dokładny pomiar napięcia na diodzie) i może być wykorzystany do wyznaczania charakterystyki złącza p-n w kierunku przewodzenia, natomiast drugi służy do pomiaru dużych rezystancji (dokładny pomiar prądu) i wykorzystywany jest do zdejmowania charakterystyki zaporowej. Uwaga! Zastanowić się nad sposobem pomiaru charakterystyk diody stabilizacyjnej. 4

5 Układ do wyznaczania charakterystyk statycznych diod metodą oscyloskopową. Zalety metody oscyloskopowej: możliwa jest obserwacja małych nieregularności charakterystyki, które mogłyby być pominięte (przeoczone) w metodzie "punkt po punkcie", przy małym współczynniku wypełnienia impulsów napięcia i prądu badany element nagrzewa się nieznacznie, co pozwala na obserwacje w szerszym zakresie prądów, na ekranie oscyloskopu można obserwować charakterystykę prądowo-napięciową jednocześnie dla obu polaryzacji złącza. Wadą omówionej metody jest stosunkowo mała dokładność. Transformator 230V/24V R1 u d D do kanału X oscyloskopu R i d R do kanału Y oscyloskopu Rys.4 Uproszczony schemat do wyznaczania charakterystyk prądowo-napięciowych diod półprzewodnikowych metodą oscyloskopową. Wyznaczając charakterystyki prądowo-napięciowe metodą oscyloskopową, diodę zasila się ze źródła napięcia zmiennego niskiej częstotliwości. W najprostszym przypadku może to być obniżone, za pomocą transformatora, napięcie sieci (rys. 4). Spadek napięcia na diodzie D jest doprowadzony do wejścia X oscyloskopu, natomiast spadek napięcia na rezystorze pomiarowym R - proporcjonalny do prądu płynącego przez diodę - do wejścia Y. Ze względu na umiejscowienie masy w układzie pomiarowym należy w oscyloskopie włączyć inwersję kanału Y. Sumaryczną wartość rezystancji R i R1 dobieramy w taki sposób, aby prąd płynący w obwodzie był mniejszy od dopuszczalnego prądu badanej diody, zaś wartość rezystora R powinna zapewnić łatwe przeliczanie czułości kanału Y z napięciowej (V/div) na prądową (I/div). 5

6 Rys.5 Charakterystyka prądowo napięciowa diody Zenera (C3V6) zdjęta metodą oscyloskopową Przykładowa charakterystyka prądowo - napięciowa diody Zenera (C3V6) pokazana została na rys. 5 (R1 = 680Ω, R = 51Ω). W przypadku, gdy chcemy obserwować charakterystykę jedynie w kierunku przewodzenia, należy szeregowo z rezystorem R1 włączyć pomocniczą diodę prostowniczą, zapewniającą przepływ prądu przez badaną diodę D tylko w jednym kierunku. 3.2 Schematy wybranych układów z diodami półprzewodnikowymi Prostownik jednopołówkowy Transformator 230V/24V + C R obc Prostownik dwupołówkowy Transformator 230V/24V + C R obc 6

7 3.2.3 Stabilizator napięcia z diodą Zenera R U we DZ R obc U wy Symetryczne i niesymetryczne diodowe ograniczniki napięcia U we R B U wy DZ1 DZ1 B DZ1 DZ2 B D1 DZ1 B 4. POMIRY Uwaga! Przed rozpoczęciem pomiarów: zapoznać się z kartami katalogowymi badanych przyrządów półprzewodnikowych (dostępne w laboratorium lub na stronach internetowych); zanotować najważniejsze parametry dopuszczalne i charakterystyczne badanych elementów. 4.1 wyznaczyć metodą punkt po punkcie charakterystyki statyczne wybranych diod w kierunku przewodzenia i w kierunku zaporowym; 4.2 wyznaczyć charakterystyki statyczne wybranych diod metodą oscyloskopową (w kierunku przewodzenia, w kierunku zaporowym lub w obu kierunkach jednocześnie); 4.3 zbadać wpływ wartości pojemności filtrującej na wartość tętnień na wyjściu prostownika jednopołówkowego (dwupołówkowego) przy stałej wartości rezystancji obciążenia; 7

8 4.4 zbadać wpływ wartości rezystancji obciążenia na wartość tętnień na wyjściu prostownika jednopołówkowego (dwupołówkowego) przy stałej wartości pojemności filtrującej; 4.5 zdjąć charakterystyki przejściowe (Uwy = f(uwe) )stabilizatora napięcia z diodą Zenera metodą punkt po punkcie przy Robc = 100 Ω oraz przy odłączonym obciążeniu (zakres napięć wejściowych od 0 do 2U Z ); 4.6 zdjąć charakterystyki przejściowe stabilizatora napięcia z diodą Zenera metodą oscyloskopową przy Robc = 100 Ω oraz przy odłączonym obciążeniu (zakres napięć wejściowych od 0 do 2U Z ); 4.7 na wejście stabilizatora podać napięcie z prostownika z tak dobraną wartością pojemności filtrującej, aby wartość międzyszczytowa tętnień była rzędu 2-3V; zarejestrować oscylogramy napięć na wejściu i wyjściu stabilizatora; 4.8 zdjąć charakterystyki przejściowe diodowych ograniczników napięcia metodą oscyloskopową. 5. OPRCOWNIE WYNIKÓW POMIRÓW Uwaga! Protokół pomiarowy po zakończeniu ćwiczenia powinien być podpisany przez prowadzącego i dołączony do sprawozdania z ćwiczenia. W sprawozdaniu należy zamieścić: schematy układów pomiarowych oscylogramy wyniki pomiarów w postaci tablic i wykresów W zależności od zakresu wykonanych badań: oszacować rezystancje statyczne i dynamiczne diody w 3-4 wybranych punktach charakterystyki (kierunek przewodzenia i zaporowy); sformułować wnioski; określić napięcia progowe lub napięcia Zenera badanych diod, porównać z danymi katalogowymi; wykreślić charakterystykę statyczną diody dla kierunku przewodzenia w skali półlogarytmicznej (napięcie liniowo, prąd logarytmicznie); skomentować otrzymaną zależność; 8

9 sformułować wnioski, wynikające z badania wybranych układów z diodami półprzewodnikowymi. 6. WYMGNI BHP Warunkiem przystąpienia do praktycznej realizacji ćwiczenia jest zapoznanie się z instrukcją BHP, obowiązującą w Laboratorium, oraz przestrzeganie zasad w niej zawartych. 7. LITERTUR 1. Kołodziejski J., Spiralski L., Stolarski E. Pomiary przyrządów półprzewodnikowych, WKiŁ, Warszawa, Marciniak W. Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone, WNT, Polowczyk M., Klugman E. Przyrządy półprzewodnikowe, Wyd. Politechniki Gdańskiej, Filipkowski. Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe, WNT, Tietze U., Schenk Ch. Układy półprzewodnikowe, WNT,