Badanie półprzewodnikowych elementów bezzłączowych

Podobne dokumenty
Badanie bezzłączowych elementów elektronicznych

ELEMENTY ELEKTRONICZNE TS1C

SERIA IV ĆWICZENIE 4_3. Temat ćwiczenia: Badanie termistorów i warystorów. Wiadomości do powtórzenia:

POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w Kielcach WYDZIAŁ MECHATRONIKI I BUDOWY MASZYN KATEDRA URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH LABORATORIUM FIZYKI INSTRUKCJA

PODSTAWY AUTOMATYKI I. URZĄDZENIA POMIAROWE W UKŁADACH AUTOMATYCZNEJ REGULACJI. Ćwiczenie nr 1 WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH

WARYSTORY, TERMISTORY, DIODY.

Badanie diod półprzewodnikowych i elektroluminescencyjnych (LED)

Wybrane elementy elektroniczne. Rezystory NTC. Rezystory NTC

Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

Ćw. III. Dioda Zenera

Wydział Elektryczny, Katedra Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Laboratorium Przetwarzania i Analizy Sygnałów Elektrycznych

Ćwiczenie nr 9. Pomiar rezystancji metodą porównawczą.

Ćwiczenie nr 10. Pomiar rezystancji metodą techniczną. Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się z różnymi metodami pomiaru rezystancji.

SENSORY W BUDOWIE MASZYN I POJAZDÓW

Bogdan Olech Mirosław Łazoryszczak Dorota Majorkowska-Mech. Elektronika. Laboratorium nr 3. Temat: Diody półprzewodnikowe i elementy reaktancyjne

Piezorezystancyjny czujnik ciśnienia: pomiar i wyznaczenie parametrów metrologicznych czujnika i przetwornika ciśnienia

Ćwiczenie nr 34. Badanie elementów optoelektronicznych

Ćwiczenie 3 Badanie własności podstawowych liniowych członów automatyki opartych na biernych elementach elektrycznych

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH LABORATORIUM ELEKTRYCZNE. Obwody nieliniowe.

Pomiar wielkości nieelektrycznych: temperatury, przemieszczenia i prędkości.

Ćwiczenie nr 3 Sprawdzenie prawa Ohma.

POMIARY TEMPERATURY I

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

PRZEŁĄCZANIE DIOD I TRANZYSTORÓW

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Ćwiczenie. Elektryczne metody pomiaru temperatury

Liniowe stabilizatory napięcia

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 2

Politechnika Białostocka

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 6b

2.1 Cechowanie termopary i termistora(c1)

Badanie charakterystyk elementów półprzewodnikowych

LABORATORIUM Z FIZYKI

Ćwiczenie nr 4. Badanie filtrów składowych symetrycznych prądu i napięcia

Ćwiczenie 4 Badanie uogólnionego przetwornika pomiarowego

Ćwiczenie nr 5: BADANIE CHARAKTERYSTYK TEMPERATUROWYCH REZYSTANCYJNYCH ELEMENTÓW ELEKTRONICZNYCH

Ćwiczenie nr 65. Badanie wzmacniacza mocy

Ćwiczenie 15 Temat: Zasada superpozycji, twierdzenia Thevenina i Nortona Cel ćwiczenia

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT FIZYKI. Temperaturowa zależność statycznych i dynamicznych charakterystyk złącza p-n

Badanie wzmacniacza operacyjnego

Metodę poprawnie mierzonego prądu powinno się stosować do pomiaru dużych rezystancji, tzn. wielokrotnie większych od rezystancji amperomierza: (4)

LABORATORIUM ELEKTRONIKI WZMACNIACZ MOCY

LABORATORIUM ELEKTRONIKI

Badanie żarówki. Sprawdzenie słuszności prawa Ohma, zdejmowanie charakterystyki prądowo-napięciowej.

LABORATORIUM URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

Politechnika Białostocka

Temat: Zastosowanie multimetrów cyfrowych do pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych

RD PRZEZNACZENIE RD-50. ZPrAE Sp. z o.o. 1

Wstęp. Doświadczenia. 1 Pomiar oporności z użyciem omomierza multimetru

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Temperaturowa charakterystyka termistora typu NTC

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 123: Półprzewodnikowe złącze p-n

Elementy i obwody nieliniowe

Termodynamika. Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki II rok inż. Pomiar temperatury Instrukcja do ćwiczenia

KONDUKCYJNA WYMIANA CIEPŁA - STYKOWY POMIAR TEMPERATURY

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych

Badanie diody półprzewodnikowej

Ćwiczenie 10 Temat: Własności tranzystora. Podstawowe własności tranzystora Cel ćwiczenia

R 1. Układy regulacji napięcia. Pomiar napięcia stałego.

Ćwiczenie nr 8. Podstawowe czwórniki aktywne i ich zastosowanie cz. 1

DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 7

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

E1. OBWODY PRĄDU STAŁEGO WYZNACZANIE OPORU PRZEWODNIKÓW I SIŁY ELEKTROMOTORYCZNEJ ŹRÓDŁA

Ćwiczenie: "Obwody ze sprzężeniami magnetycznymi"

TRANZYSTORY BIPOLARNE

R X 1 R X 1 δr X 1 R X 2 R X 2 δr X 2 R X 3 R X 3 δr X 3 R X 4 R X 4 δr X 4 R X 5 R X 5 δr X 5

Cechowanie termopary i termistora

WYBRANE ELEKTRYCZNE CZUJNIKI-PRZETWORNIKI TEMPERATURY

SAMOCHODOWY MULTIMETR DIAGNOSTYCZNY AT-9945 DANE TECHNICZNE

ZASADY DOKUMENTACJI procesu pomiarowego

1 Ćwiczenia wprowadzające

Wzmacniacze operacyjne

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 5

Ćwiczenie 16. Temat: Wzmacniacz w układzie Darlingtona. Cel ćwiczenia

Politechnika Białostocka

Badanie charakterystyki prądowo-napięciowej opornika, żarówki i diody półprzewodnikowej z wykorzystaniem zestawu SONDa

Ćwiczenie: "Właściwości wybranych elementów układów elektronicznych"

UKŁADY PROSTOWNICZE 0.47 / 5W 0.47 / 5W D2 C / 5W

STABILIZATORY NAPIĘCIA I PRĄDU STAŁEGO O DZIAŁANIU CIĄGŁYM Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

Zastosowania nieliniowe wzmacniaczy operacyjnych

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie liniowych układów ze wzmacniaczem operacyjnym (2h)

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 1. Połączenia szeregowe oraz równoległe elementów RC

LI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP II Zadanie doświadczalne

Pomiar parametrów tranzystorów

ELEMENTY ELEKTRONICZNE TS1C

Zespół Szkół Technicznych im. J. i J. Śniadeckich w Grudziądzu

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Laboratorium Metrologii

Ćwiczenie nr 123: Dioda półprzewodnikowa

POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Elektryczny Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 121: Termometr oporowy i termopara

ĆWICZENIE 6 POMIARY REZYSTANCJI

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

LABORATORIUM ELEKTRONIKI WZMACNIACZ MOCY

Ćwiczenie 2a. Pomiar napięcia z izolacją galwaniczną Doświadczalne badania charakterystyk układów pomiarowych CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

ĆWICZENIE NR 1 TEMAT: Wyznaczanie parametrów i charakterystyk wzmacniacza z tranzystorem unipolarnym

Wyznaczanie oporu elektrycznego właściwego przewodników

Rozwiązanie zadania opracowali: H. Kasprowicz, A. Kłosek

Transkrypt:

Instrukcja do ćwiczenia: Badanie półprzewodnikowych elementów bezzłączowych (wersja robocza) Laboratorium Elektroenergetyki 1

1. Cel ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest: Poznanie podstawowych właściwości i parametrów bezzłączowych elementów półprzewodnikowych takich jak termistory NTC, PTC, CTR i warystory. Zapoznanie się z kartami katalogowymi wybranych elementów (przed ćwiczeniem na bazie informacji uzyskanych z Internetu uzupełnić tabelę w protokole). Pomiar statycznych charakterystyk prądowo-napięciowych oraz charakterystyk temperaturowych wybranych elementów bezzłączowych: warystor WA 07N0022K; termistor MF5A-3 (2,2 kω). 2. Podstawowe wiadomości na temat półprzewodników bezzłączowych. Termistory są to elementy półprzewodnikowe bezzłączowe, których rezystancja nie jest wielkością stałą, lecz silnie reaguje na zmiany temperatury. Wyróżnia się trzy typy termistorów: NTC (Negative Temperature Coefficent) - termistory o ujemnym współczynniku temperaturowym rezystancji; PTC (Positive Temperature Coefficent) - termistory o dodatnim współczynniku temperaturowym rezystancji; CTR (Critical Temperature Resistor) - termistory o rezystancji zmieniającej się skokowo. Wykonuje się je z tlenków: manganu, niklu, miedzi, wanadu i litu. Od rodzaju i proporcji użytych tlenków zależą właściwości termistora. Rys. 1. Symbol graficzny termistora (nieliniowego rezystora) i sam termistor. Termistory są wykorzystywane do pomiaru temperatury. Są one dużo bardziej czułe niż termometry z czujnikiem oporowym, poza tym wyróżniają się bardzo małymi wymiarami (np. kulka o średnicy 1 mm). W termistorowych układach regulacji i stabilizacji temperatury, uzyskuje się ponadto dużą czułość przy jednoczesnej prostocie układu. Rys. 2. Przykładowe charakterystyki rezystancji w funkcji temperatury termistorów. 2

Termistory NTC mają duży ujemny współczynnik temperaturowy rezystancji. Ich rezystancja znacznie maleje wraz ze wzrostem temperatury zgodnie z przybliżoną zależnością: gdzie: RT- rezystancja termistora w temperaturze T; B stała materiałowa; T temperatura bezwzględna wyrażona w Kelvinach; RT0 rezystancja znamionowa termistora podana dla temperatury T0 równej 25 C czyli 298 K; Temperaturowy współczynnik rezystancji dla termistorów NTC przyjmuje wartości ujemne. Warto zauważyć że w temperaturze 25 C moduł tego współczynnika (równego ok. 4% / K) jest ponad 10 razy większy od współczynnika temperaturowego metali. Termistory składają się z mieszaniny tlenków metali i utlenionych kryształów spiekanych z dodatkiem materiału wiążącego. Mogą mieć różne kształty w zależności od zastosowania. Termistory o nagrzewaniu zewnętrznym używane są jako termistory pomiarowe np. do pomiaru lub regulacji temperatury. Termistory PTC mają w określonym zakresie temperatur bardzo duży dodatni współczynnik temperaturowy rezystancji. W tym zakresie ich rezystancja znacznie wzrasta podczas nagrzewania. Dla tego zakresu charakterystyka rezystancyjno-temperaturowa jest opisana przybliżoną zależnością: (1) gdzie: A, B,C stałe materiałowe. Wartości współczynnika temperaturowego rezystancji wahają się w granicach od kilku do kilkudziesięciu[ %/K ]. Termistory PTC są ceramicznymi półprzewodnikami zawierającymi żelazo. Termistory PTC zrobione są ze spiekanego tytanku baru z dodatkiem tlenków i soli metali. Termistory o nagrzewaniu zewnętrznym stosowane są m.in. do pomiaru temperatur w niewielkim przedziale albo jako termiczne zabezpieczenia przed przeciążeniem. Termistory PTC o nagrzewaniu wewnętrznym nadają się na czujniki poziomu cieczy oraz służą do stabilizacji natężenia prądu. Termistory CTR charakteryzują się szybką, praktycznie skokową zmianą rezystancji w bardzo wąskim przedziale temperatur (rzędu pojedynczych K) wokół temperatury krytycznej. Spadek rezystancji w tym przedziale temperatur może osiągnąć nawet pięć rzędów wielkości. Wartość temperatury krytycznej zależy przede wszystkim od materiału z którego wykonano termistor. Produkowane są termistory CTR o temperaturach od 35 C do 80 C. Termistory te mogą być stosowane w układach zabezpieczeń do sygnalizacji temperatury krytycznej w chronionej aparaturze. (2) 3

Rys. 3. Przykładowe charakterystyki napięciowo prądowe termistorów NTC (a) oraz PTC (b). Warystory są nieliniowymi rezystorami, których rezystancja maleje wraz ze wzrostem doprowadzonego do nich napięcia. Do produkcji warystorów wykorzystuje się tlenek cynku (ZnO) z dodatkiem tlenków bizmutu, manganu, chromu oraz tlenków innych metali. Charakterystyka prądowo-napięciowa warystorów cynkowych opisana jest zależnością: I = ku α gdzie: U - napięcie na warystorze, I -prąd płynący przez warystor, α - współczynnik nieliniowości, k - stała, zależna od wymiarów warystora i właściwości materiałowych. Rys. 4. Zależność I=f(U) (charakterystyka prądowo napięciowa) warystora ZnO jako elementu zabezpieczenia przeciwprzepięciowego. W zakresie niskich napięć (prądów) rezystancja warystora osiąga wartość dziesiątków MΩ, zaś w zakresie działania (duże wartości prądu) spada nawet do ułamków Ω. Napięcie znamionowe warystora (UV) jest równe spadkowi napięcia na warystorze podczas przepływu przez niego prądu o określonej wartości (np. 1mA lub 10mA) w temperaturze otoczenia 25 0 C. Warystory wykorzystywane są do ochrony przeciw przepięciowej (zabezpieczenia przed krótkimi przepięciami, które powstają podczas burz lub podczas przełączenia obciążeń o charakterze indukcyjnym. 4

3. Przebieg ćwiczenia Przed rozpoczęciem ćwiczenia konieczne jest wypełnienie tabeli danych katalogowych warystora (tabela w protokole). W pierwszej kolejności wyznaczane będą charakterystyki napięciowo prądowe warystora. W tym celu należy złożyć obwód przedstawiony na rysunku 5. Rys. 5. Schemat do wyznaczenia charakterystyki napięciowo prądowej warystora oraz do obserwacji przebiegów napięciowych. UWAGA: Do pomiarów spadku napięcia na rezystorze R należy użyć miernika o zakresie pomiarowym 200 V. UWAGA: Do pomiarów spadku napięcia na warystorze należy użyć woltomierza o zakresie pomiarowym 20 V. UWAGA: W celu obserwacji przebiegów napięcia, należy sprawdzić, czy oscyloskop ustawiony jest na kanał 20 V (regulacja przyciskami V i mv na dole klawiatury). Kolejnym krokiem jest wyznaczenie charakterystyki rezystancyjno temperaturowej (rezystancja w funkcji temperatury) termistora. W tym celu należy złożyć obwód pomiarowy przedstawiony poniżej. Na płycie grzejnej ustawionej na 25 C należy umieścić termistor 2,2 kω (zamontowany na stałe w styropianowym pojemniku). Wewnątrz pojemnika znajduje się termopara. Należy dokonywać odczytów temperatury z miernika (rzeczywista temperatura w pobliżu termistora). Jednocześnie należy odczytywać z multimetru wartość rezystancji w podanych w protokole krokach. 5

Rys. 6. Schemat układu do wyznaczenia charakterystyki rezystancji w funkcji temperatury termistora NTC. UWAGA: W związku z dużą mocą płyty i dużą bezwładnością termiczną, odczytów rezystancji należy dokonywać dla określonych pomiarem temperatury WEWNĄTRZ osłony wartości. Nastawy temperatury płyty grzejnej należy traktować jako orientacyjne. W trzeciej części ćwiczenia wyznaczane będą charakterystyki napięciowo prądowe termistora NTC. Dla pewnej wartości natężenia prądu płynącego przez termistor, będzie się on nagrzewał, co wpłynie na wartość rezystancji. W celu wyznaczenia charakterystyki, należy podłączyć poniższy układ pomiarowy. Rys. 7. Schemat obwodu do wyznaczania charakterystyki napięcia w funkcji prądu termistora NTC. 4. Opracowanie wyników Uzupełnić tabelki o wymagane obliczenia. Na podstawie części pierwszej ćwiczenia wykreślić charakterystykę I = f (UW). W tym celu z prawa Ohma wyznaczyć natężenie prądu płynącego w obwodzie (na podstawie spadku napięcia na oporności R). Naszkicować przebiegi napięcia zaobserwowane dla napięcia skutecznego UW = 12 V AC oraz dla UW = 18,5 V AC. Na wykresach zaznaczyć dane z tabeli. Uzupełnić tabelę danych katalogowych badanego warystora i termistora (na podstawie katalogów producentów). 6

Bazując na części drugiej pomiarów, wykreślić charakterystyki rezystancji w funkcji temperatury termistora. Na podstawie części trzeciej ćwiczenia wyznaczyć charakterystykę I = f (UT). UWAGA: charakterystyki rysować na papierze milimetrowym! 5. Zagadnienia i pytania kontrolne Co to takiego jest termistor i jaki sposób działa? Opisz różnice pomiędzy termistorami PTC, NTC, CTR. Naszkicuj przykładowe charakterystyki rezystancji w funkcji temperatury termistorów PTC, NTC i CTR. Podaj przykłady zastosowań termistora oraz warystora. Opisz czym jest i do czego służy warystor. Narysuj charakterystykę napięciowo prądową warystora 7