PEiE Sprawozdanie 3 (Badanie charakterystyk diod półprzewodnikowych) PDF

Preview

Summary

Wydział Informatyki Katedra Mediów Cyfrowych i Grafiki Komputerowej Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i ElektronikiData realizacji: 07 .05.Ćwiczenie nr: 3 Temat: Badanie charakterystyk diod półprzewodnikowych Grupa nr: Zespół:Prowadzący: Ocena:1. Cel ćwiczeniaBadanie charakterystyki diody krzemow...

Description

Wydział Informatyki Katedra Mediów Cyfrowych i Grafiki Komputerowej Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki Ćwiczenie nr: 3 Temat: Badanie charakterystyk diod półprzewodnikowych Grupa nr: Zespół:

Data realizacji: 07.05.2019 Prowadzący: Ocena:

1. Cel ćwiczenia Badanie charakterystyki diody krzemowej, Zenera oraz elektroluminescencyjnej(LED) w kierunku przewodzenia oraz w kierunku zaporowym, na podstawie AB01 – gotowego do użycia modułu laboratoryjnego. 2. Teoria dotycząca zagadnień rozpatrywanych w trakcie ćwiczenia Dioda Dioda – dwuzaciskowy (dwuelektrodowy) element elektroniczny, który przewodzi prąd elektryczny w sposób niesymetryczny, to jest bardziej w jednym kierunku niż w przeciwnym.[1] Dioda półprzewodnikowa Dioda półprzewodnikowa – element elektroniczny należący do rodziny diod, zawierający w swojej strukturze złącze „p-n” wykonane z materiałów półprzewodnikowych.[2]

Rysunek 1. Dioda półprzewodnikowa

Dioda Zenera Dioda Zenera (inaczej: stabilistor) – odmiana diody półprzewodnikowej, której głównym parametrem jest napięcie przebicia złącza „p-n”.[3]

Rysunek 2. Dioda Zenera

Dioda elektroluminescencyjna(LED) Dioda elektroluminescencyjna, dioda świecąca, dioda emitująca światło, LED (od ang. lightemitting diode) – dioda zaliczana do półprzewodnikowych przyrządów optoelektronicznych, emitujących promieniowanie w zakresie światła widzialnego, podczerwieni i ultrafioletu.[4]

Rysunek 3. Dioda elektroluminescencyjna(LED)

3. Przebieg ćwiczenia Do wykonania ćwiczenia wykorzystano moduł analogowy AB01.

Rysunek 4. Schemat modułu AB01

Zadanie 1 Cel: Badanie charakterystyki diody krzemowej w kierunku przewodzenia oraz w kierunku zaporowym. Realizacja zadania: We wskazanych punktach podłączyliśmy zasilanie napięciem stałym o wartości +12 V z zewnętrznego źródła napięcia. 1.1 Wyznaczenie charakterystyki diody w kierunku przewodzenia: 1.1.1 Obróciliśmy maksymalnie potencjometr P1 przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. 1.1.2 Podłączyliśmy amperomierz pomiędzy punktami pomiarowymi 2 i 8 w celu pomiaru prądu ID (mA) płynącego przez diodę. 1.1.3 Podłączyliśmy woltomierz pomiędzy punktami pomiarowymi 1 i 9 w celu pomiaru spadki napięcia VD na diodzie. 1.1.4 Włączyliśmy zasilanie. 1.1.5 Za pomocą potencjometru P1 zwiększaliśmy skokowo wartość napięcia VD przyłożonego do diody, w zakresie od 0 V do 1 V, mierząc odpowiadające im wartości prądu I D płynącego przez diodę, wyniki zapisaliśmy w tabeli 1. Tabela 1 Pomiary diody w kierunku przewodzenia Numer pomiaru 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Napięcie diody VD [V] 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75

Prąd diody ID[mA] 0 0 0 0 0 0,02 0,12 0,32 1,22 3,36 9,48 20,75

Rysunek 1: wykres diody w kierunku przewodzenia 1.2 Wyznaczenie charakterystyki diody w kierunku zaporowym: 1.2.1 Obróciliśmy maksymalnie potencjometr P1 przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. 1.2.2 Podłączyliśmy amperomierz pomiędzy punktami pomiarowymi 3 i 8 w celu pomiaru prądu ID (nA) płynącego przez diodę. 1.2.3 Podłączyliśmy woltomierz pomiędzy punktami pomiarowymi 1 i 9 w celu pomiaru spadki napięcia VD na diodzie. 1.2.4 Włączyliśmy zasilanie. 1.2.5 Za pomocą potencjometru P1 zwiększaliśmy skokowo wartość napięcia VD przyłożonego do diody, w zakresie od 0 V do 10 V, mierząc odpowiadające im wartości prądu ID płynącego przez diodę, wyniki zapisaliśmy w tabeli 2.

Tabela 2 Pomiary diody w kierunku zapoworym Numer pomiaru 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Napięcie diody VD [V] 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 9,5 10,0

Prąd diody ID[nA] 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Rysunek 2: wykres diody w kierunku zaporowym (3 ćwiartka)

Zadanie 2 Cel: Badanie charakterystyki diody Zenera w kierunku przewodzenia oraz w kierunku zaporowym. Realizacja zadania: We wskazanych punktach podłączyliśmy zasilanie napięciem stałym o wartości +12 V z zewnętrznego źródła napięcia. 2.1 Wyznaczenie charakterystyki diody w kierunku przewodzenia: 2.1.1 Obróciliśmy maksymalnie potencjometr P1 przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. 2.1.2 Podłączyliśmy amperomierz pomiędzy punktami pomiarowymi 6 i 8 w celu pomiaru prądu IZ (mA) płynącego przez diodę. 2.1.3 Podłączyliśmy woltomierz pomiędzy punktami pomiarowymi 1 i 9 w celu pomiaru spadki napięcia VZ na diodzie. 2.1.4 Włączyliśmy zasilanie. 2.1.5 Za pomocą potencjometru P1 zwiększaliśmy skokowo wartość napięcia VZ przyłożonego do diody, w zakresie od 0 V do 0,87 V, mierząc odpowiadające im wartości prądu IZ płynącego przez diodę, wyniki zapisaliśmy w tabeli 3. Tabela 3 Pomiary diody w kierunku przewodzenia Numer pomiaru 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Napięcie diody VZ [V] 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,87

Prąd diody IZ[mA] 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,13 0,67 4,06 13,75 20,52

Rysunek 3: wykres diody w kierunku przewodzenia 2.2 Wyznaczenie charakterystyki diody w kierunku zaporowym: 2.2.1 Obróciliśmy maksymalnie potencjometr P1 przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. 2.2.2 Podłączyliśmy amperomierz pomiędzy punktami pomiarowymi 7 i 8 w celu pomiaru prądu IZ (mA) płynącego przez diodę. 2.2.3 Podłączyliśmy woltomierz pomiędzy punktami pomiarowymi 1 i 9 w celu pomiaru spadki napięcia VZ na diodzie. 2.2.4 Włączyliśmy zasilanie. 2.2.5 Za pomocą potencjometru P1 zwiększaliśmy skokowo wartość napięcia VZ przyłożonego do diody, w zakresie od 0 V do 7 V, mierząc odpowiadające im wartości prądu IZ płynącego przez diodę, wyniki zapisaliśmy w tabeli 4.

Tabela 4 Pomiary diody w kierunku zaporowym Numer pomiaru 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Napięcie diody VZ [V] 0,0 1,0 2,0 3,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0

Prąd diody IZ[mA] 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 8,7

Rysunek 4: wykres diody w kierunku zaporowym (3 ćwiartka)

Zadanie 3 Cel: Badanie charakterystyki diody elektroluminescencyjnej(LED) w kierunku prowadzenia oraz w kierunku zaporowym. Realizacja zadania: We wskazanych punktach podłączyliśmy zasilanie napięciem stałym o wartości +12 V z zewnętrznego źródła napięcia. 1.1 Wyznaczenie charakterystyki diody w kierunku przewodzenia: 1.1.1 Obróciliśmy maksymalnie potencjometr P1 przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. 1.1.2 Podłączyliśmy amperomierz pomiędzy punktami pomiarowymi 4 i 8 w celu pomiaru prądu ID (mA) płynącego przez diodę. 1.1.3 Podłączyliśmy woltomierz pomiędzy punktami pomiarowymi 1 i 9 w celu pomiaru spadki napięcia VD na diodzie. 1.1.4 Włączyliśmy zasilanie. 1.1.5 Za pomocą potencjometru P1 zwiększaliśmy skokowo wartość napięcia VZ przyłożonego do diody, w zakresie od 0 V do wartości maksymalnej, mierząc odpowiadające im wartości prądu IZ płynącego przez diodę, wyniki zapisaliśmy w tabeli 5. Tabela 5 Pomiary diody w kierunku przewodzenia Numer pomiaru 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Napięcie diody VD [V] 0,00 0,10 0,50 0,70 0,80 1,00 1,65 1,70 1,75 1,80 1,85 1,90 1,95 2,00 2,05 2,10 2,15 2,20

Prąd diody ID[mA] 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,03 0,12 0,45 1,32 2,95 4,95 8,13 10,13 12,73 15,37 17,91

Rysunek 5: wykres diody w kierunku przewodzenia

1.2 Wyznaczenie charakterystyki diody w kierunku zaporowym: 1.2.1 Obróciliśmy maksymalnie potencjometr P1 przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. 1.2.2 Podłączyliśmy amperomierz pomiędzy punktami pomiarowymi 5 i 8 w celu pomiaru prądu ID (µA) płynącego przez diodę. 1.2.3 Podłączyliśmy woltomierz pomiędzy punktami pomiarowymi 1 i 9 w celu pomiaru spadki napięcia VD na diodzie. 1.2.4 Włączyliśmy zasilanie. 1.2.5 Za pomocą potencjometru P1 zwiększaliśmy skokowo wartość napięcia VZ przyłożonego do diody, w zakresie od 0 V do wartości maksymalnej, mierząc odpowiadające im wartości prądu IZ płynącego przez diodę, wyniki zapisaliśmy w tabeli 6.

Tabela 6 Pomiary diody w kierunku zaporowym Numer pomiaru 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Napięcie diody VD [V] 0,0 0,2 0,5 0,9 1,0 1,2 1,3 1,4 1,5 1,7 1,8 1,9 12,0

Prąd diody ID[µA] 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Rysunek 6: wykres diody w kierunku zaporowym (3 ćwiartka)

4. Wnioski Dioda krzemowa: Dioda krzemowa jako nieliniowy element elektroniczny, ze względu na swoje charakterystyczne właściwości znajduje wiele zastosowań. Przepuszczanie prądu w jedną stronę znajduje zastosowanie w budowie układów prostowniczych takich jak np. Mostek Graetza a także w zabezpieczaniu układów przed połączeniem źródła prądu w niepoprawny sposób [2]. Jak widać po wykonaniu zadania, przez diodę pólprzewodnikową płynie prąd tylko wtedy, gdy jest ona podłączona w kierunku przewodzenia. Gdy dioda jest spolaryzowana w kierunku zaporowym, to prąd przez nią nie płynie, co widać na wykresie. Też, gdy dioda pólprzewodnikowa jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia i przyłożone napięcie jest minimalnie większe od zera, to prąd też nie płynie. To wynika z tego, że napięciu zasilania przeciwstawiona jest wewnętrzna bariera potencjału, której wartość wynosi ok. 0,7 V, co można zobaczyć na wykresie. Dioda Zenera: Dioda Zenera stosowana jest jako źródło napięcia odniesienia w stabilizatorach napięcia, wykorzystywana jest również do przesuwania poziomów napięć oraz jako element zabezpieczający układ [3]. Jak widać z wykresu, kiedy dioda Zenera jest podłączona w kierunku przewodzenia, to jej charakterystyka jest bardzo podobna do zwykłej diody półprzewodnikowej. Jeżeli diodę Zenera podłączamy zaporowo, to potrzebne jest większe napięcie, żeby prąd popłynął. Wynika to z impedancji dynamiczną Zenera.

Dioda LED: Diody LED mają powszechne zastosowanie w codziennym życiu. Są źródłem światła o dowolnej barwie, dają intensywniejsze światło pomimo mniejszej konsumpcji energii elektrycznej niż klasyczne żarówki czy halogeny, ze względu na swoją prostszą budowę mają szersze zastosowanie niż inne źródła światła. Zaletą jest także niskie napięcie zasilania. Zespoły diod są szeroko stosowane do budowy prostych wyświetlaczy np. siedmiosegmentowych [4]. Jeżeli dioda LED jest podłączona w kierunku przewodzenia, to jej intensywność wzrasta ze wzrostem przyłożonego napięcia. Dioda LED jest wytwarzana z innych związków chemicznych niż zwykła dioda pólprzewodnikowa i dlatego ma większy próg (w naszym przypadku około 1.8 V). Przy zaporowym podłączeniu dioda LED nie zapala się, co widać z wykresu. Ważna uwaga jest w tym, że diodę tą trzeba podłączać razem z rezystorem, żeby pozbięgnąć przepalenia.

5. Bibliografia [1] -https://pl.wikipedia.org/wiki/Dioda,

07.05.2019r.

[2] -https://pl.wikipedia.org/wiki/Dioda_p%C3%B3%C5%82przewodnikowa,

07.05.2019r.

[3] -https://pl.wikipedia.org/wiki/Dioda_Zenera,

07.05.2019r.

[4] -https://pl.wikipedia.org/wiki/Dioda_elektroluminescencyjna

07.05.2019r....