Document
advertisement
1 IX. DIODA PROSTOWNICZA I DIODA ZENERA Wstęp teoretyczny rozdz. 3.6. i 3.7 S.Kuta „Elementy i układy elektroniczne” Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z zasadą działania diody prostowniczej krzemowej oraz diodą Zenera, wyznaczenie ich charakterystyk statycznych, napięcia wbudowanego oraz napięcia Zenera, porównanie z charakterystykami teoretycznymi, porównanie pracy w układzie prostownika jednopołówkowego. 1. Zasada pomiaru a) metoda „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 1. Rys.1. Schematy układów pomiarowych do wyznaczania charakterystyk statycznych złącza p-n metodą „punkt po punkcie”: a) w kierunku przewodzenia, b) w kierunku zaporowym 2 Dla diod Zenera należy zastosować układ do wyznaczania charakterystyk statycznych dla obydwu kierunków polaryzacji tak jak to przedstawia schemat na rys. 1a. b) Układ do wyznaczania charakterystyk statycznych diod metodą oscyloskopową. Zaletą metody oscyloskopowej jest możliwość obserwacji charakterystyki prądowonapięciowej jednocześnie dla obu polaryzacji złącza. Wadą tej metody jest stosunkowo mała dokładność. Na rys. 2 przedstawiono uproszczony schemat do wyznaczania charakterystyk prądowo-napięciowych diod półprzewodnikowych metodą oscyloskopową. Rys. 2. Schemat układu do pomiaru charakterystyk I-V diody metoda 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. 2). 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). 2. Zadania do wykonania Wykonać pomiary charakterystyk dla 3 diod stabilizacyjnych w kierunku przewodzenia i zaporowym oraz dla diody prostowniczej. W każdym przypadku sprawdzić w katalogu jakie są dopuszczalne wartości prądów diod. Diody Zenera zastosowane w układzie to: BZX85C 2V7, BZX85C 3V3 oraz BZX85C 4V3. a) metoda „punkt po punkcie” 3 Połączyć układ według schematu przedstawionego na rys. 3. Jako amperomierz użyć multimetr BM857 zaś jako woltomierz multimetr BM811. A V Rys. 3. Schemat układu do pomiaru charakterystyk statycznych diod półprzewodnikowych. Zmierzyć charakterystyki I-V dla kierunku przewodzenia i dla kierunku zaporowego. Zwrócić uwagę, że w zastosowanym układzie pomiar prądu dla diody prostowniczej w kierunku zaporowym jest niedokładny. W rzeczywistości mierzy się prąd płynący przez woltomierz dlatego należy użyć woltomierz cyfrowy o dużej oporności wewnętrznej. b) metoda oscyloskopowa Połączyć układ według schematu przedstawionego na rysunku 4. a) b) Rys.4.a) Obwód z diodami; b) schemat połączeń obwodu z diodami do układu pomiarowego 4 Zbudować układ pomiarowy według schematu przedstawionego na rysunku 4. WE oraz WY obwodu z diodami stanowią gniazda BNC znajdujące się na bocznych ściankach makiety. • Na wejście badanego obwodu podać z generatora przebieg trójkątny o napięciach szczytowych od -2.5 do +2.5 V i częstotliwości 1000 Hz. Zaobserwować kształt przebiegów wyjściowych dla diody prostowniczej i dla diod Zenera. Na ekranie oscyloskopu powinny być widoczne przebiegi podobne do tych przedstawionych na rys. 5. Przerysować obserwowane oscylogramy. Zaznaczyć na oscylogramach jednostki prądu i napięcia, biorąc pod uwagę zakresy czułości obydwu kanałów oscyloskopu. Na wejście badanego obwodu podać z generatora przebieg prostokątny i sinusoidalny o napięciach szczytowych od -2.5 do +2.5 V i częstotliwości 1000 Hz. Zaobserwować kształt przebiegów wyjściowych dla diody prostowniczej i dla diod Zenera. Przerysować oscylogramy napięć. Zaznaczyć na oscylogramach jednostki prądu i napięcia, biorąc pod uwagę zakresy czułości obydwu kanałów oscyloskopu. Rys. 5. Przykładowe oscylogramy przebiegów napięć dla diody prostowniczej i stabilizacyjnej • Wyłączyć generator podstawy czasu. Zmierzyć charakterystyki prądowo - napięciowe badanych diod ID=f(UD) pamiętając, że ID=Uwy/R, UD=UWE-UWY. (w kierunku przewodzenia, w kierunku zaporowym lub w obu kierunkach jednocześnie) 3. Opracowanie wyników Na podstawie zmierzonych charakterystyk należy: a) Wykreślić zmierzone charakterystyki w kierunku przewodzenia i zaporowym oddzielnie dla każdej diody. b) Wykreślić charakterystyki dla wszystkich zbadanych diod na jednym wykresie. 5 c) Oszacować i zaznaczyć na wykresach minimalny prąd wsteczny, przy którym efekt stabilizacji napięcia jest widoczny. d) Określić napięcia progowe lub napięcia Zenera badanych diod, porównać z danymi katalogowymi; e)Wyznaczyć dla każdej diody rezystancje statyczne i dynamiczne dla wybranego minimalnego punktu pracy, dla 5 mA i dla 10 mA (por. rys. 6 i wzory (1) i (2)). Rys.6 Charakterystyka i zakres użytecznej pracy diody stabilizacyjnej. Rezystancja dynamiczna: Rz U z I z (1) Uz (2) Iz f)Porównać rezystancje dynamiczne dla każdej diody i na tej podstawie zaproponować najlepszy punkt pracy diody. g)Porównać rezystancje dynamiczne badanych diod, i określić, które diody mają lepsze parametry stabilizacji i dlaczego tak jest. h)Określić błędy pomiarowe, dokładność wyznaczonych parametrów. Rezystancja statyczna : Rs 6 i) Dołączyć przerysowane oscylogramy.
