Вежба 14 Kарактеристикa диоде

Transcript

1 Вежба 14 Kарактеристикa диоде Увод Диода представља полупроводнички PN-спој са металним прикљуцима. Прикључак P области се назива анодa А, а прикључак N-области катодa К. На симболу диоде се види смер струје кроз диоду од P ка N области, односно од анодe ка катоди (слика 1). A K Слика 1 Слика 2 Повезивањем извора на PN спој тако да је + пол спојен на P, а - на N тип полупроводника област просторног товара се смањује и кроз PN спој може да протиче струја. Ово је директна (пропусна, позитивна) поларизација (слика 2.а). Ако PN-спој прикључи на извор тако да је + на катоди, а - пол извора на аноди, (слика 2.б), спољашње електрично поље имаће исти смер као и поље E у просторном товару и довешће до његовог ширења. На тај начин отпор PN споја постаје јако велики и јачина струје кроз њега је занемарљиво мала. Тада се каже да је PN спој инверзно (непропусно) поларисан. Силицијумска диода Струјно-напонска карактеристика силицијумске диоде, зависност јачине струје кроз диоду I од напона на диоди U дата је на слици 3. Слика 3 Слика 4 Снимање карактеристика диоде у директном смеру обавља се у колу са слике 4. Отпорник R ограничава јачину струје у колу и штити елементе кола од прегоревања. Реална карактеристика силицијумске диоде има праг провођења U D око 0,6V, односно до те ŠKOLICE I01 ВЕЖБА 14 КАРАКТЕРИСТИКА ДИОДЕ страна 1/8

2 вредности напона на диоди струја скоро да не тече, a јачина струје кроз инверзно поларисану диоду је занемарљиво мала (слика 3). LED диода Посебну врсту полупроводничких диода представљају LED диоде (Light Emitting Diode) које емитују светлост када проводе струју. Праг провођења LED диоде је већи него код обичне диоде. При инверзној поларизацији LED диода не емитује светлост и понаша се као обична диода. Симбол ове диоде приказана је на слици 5. Слика 5 Зенер диода Диоде које раде у области инверзних пробојних напона називају се Зенер или стабилизационе диоде. Поред напона провођења U D карактерише их још и пробојни напон Uz. Напон на диоди после пробоја се практично не мења без обзира на повећање јачине струје кроз диоду, па се Зенер диоде користе у стабилизаторима напона. Симбол и струјно-напонска карактеристика Зенер диоде дати су на сликама 6 и 7, респективно. Слика 6 Слика 7 Задатак 1. Снимити струјно-напонску карактеристику силицијумске диоде, I(U). 2. Одредити напон прага провођења U D. 3. Снимити струјно-напонску карактеристику LED диоде, I(U). 4. Одредити напон укључења диоде, тј. напон за који LED диода почиње да емитује светлост. 5. Одредити максималну снагу коју је примила LED диода при мерењу. Ова снага једнака је производу максималног напона достигнутог приликом мерења и одговарајуће jaчине струје. 6. Снимити струјно-напонску карактеристику Зенер диоде, I(U). 7. Одредити напоне прага провођења и пробоја ове диоде. ŠKOLICE I01 ВЕЖБА 14 КАРАКТЕРИСТИКА ДИОДЕ страна 2/8

3 Прибор За извођење ове вежбе потребно је следеће: 1. основна плоча комплета ŠKOLICE I01 и USB кабл 2. отпорник 200Ω 3. диода, LED диода и Зенер диода 4. 2 краткоспојника 5. 3 црвена и 2 црна кабла Упутство Повезати комплет са рачунаром помоћу USB кабла. Формирати електрично коло као на слици 8: Поставити отпорник R (200Ω), диоду и горњи краткоспојник. Слика 8 ŠKOLICE I01 ВЕЖБА 14 КАРАКТЕРИСТИКА ДИОДЕ страна 3/8

4 Дефинисати мерне инструменте поставити преклопник за канал AI0 на V (канал ради као волтметар мери се напон на диоди), преклопник за канал AI1 поставити на ma (канал ради као милиамперметар мери се јачина струје која протиче кроз диоду). Повезати кабловима инструменте са мерним тачкама канал AI0 волтметар повезати паралелно са диодом, канал AI1 милиамперметар повезати редно са диодом. Повезaти извор једносмерног напона са канала AО 0 чији се напон може мењати у границама од 0 до 4V (напон U E са слике 4 одговара напону између аналогног излаза AО 0 и масе GND). Са краткоспојником затворити елeктрично коло према маси (GND). Овако повезано коло одговара шеми са слике 4. Стартовањем одговарајућег виртуелног инструмента може се започети мерење. На слици 9 дат је изглед виртуелног инструмента који се користи за снимање карактеристике диоде. Слика 9 Мерење започети укључењем прекидача на извору напајања, при чему ће се укључити зелена лампица поред њега. Промена напона извора U Е може се вршити на два начина: ротирањем дугмета са плавом казаљком или тастерима горе-доле (тада се напон мења у корацима од 0,01V) на инструменту. Вредност U Е се може очитати са скале инструмента и са његовог дигиталног дисплеја. ŠKOLICE I01 ВЕЖБА 14 КАРАКТЕРИСТИКА ДИОДЕ страна 4/8

5 Вредности за јачину струје I кроз диоду и напон U на крајевима диоде очитавати са виртуелних инструмената (амперметра и волтметра). Притиском на дугме Zapamti vrednosti мерене вредности се уписују у табелу и приказују на графику I(U). Повећавати напон извора од 0V до 4V у довољном броју корака и уписивати одговарајуће вредности у табелу. Изглед екрана са унетим мерењима ће бити као на слици 10. Слика 10 За брисање унетих резултата мерења потребно је притиснути дугме Obrisi merenje, при чему ће се појавити сигурносно питање: Да ли сте сигурни да желите да oбришете запамћене вредности за изабрану диоду? Потврдом тастер Da до тада извршена мерења за изабрану диоду ће бити избрисана. Избором тастер Ne одустаје се од брисања вредности. Координате тачака са графика се виде постављањем курсора на жељену тачку. Курсор се појављује притиском на дугме Prikazi kursor које тада промени стање у Sakrij kursor. Поновним притиском курсор ће се изгубити. Померање курсора се врши превлачењем миша. Све унете вредности су смештене у табелу и могу се видети у било ком тренутку. Прекидачем искључити извор напајања. Овим је завршено снимање дела струјно-напонске карактеристике диоде кад је она директно поларисана. Да би диода била инверзно поларисана потребно је изменити поларитет извора напајања. То се постиже кликом на симбол променљивог напонског извора ŠKOLICE I01 ВЕЖБА 14 КАРАКТЕРИСТИКА ДИОДЕ страна 5/8

6 на виртуелном инструменту и одабиром симбола напонског извора са измењеним поларитетом, као на слици 11. Слика 11 НАПОМЕНА: Приметити да се при промени поларитета напонског извора мења скала графика I(U). При извору постављеном за снимање директне полазизације диоде на графику се приказују само позитивне вредности јачине струје и напона, док ће се при извору постављеном за снимање инверзне поларизације диоде на графику приказивати читава карактеристика диоде. Такође, потребно је изменити поларитет напонског извора и на самој плочи. То се постиже заменом места краткоспојника повезаног на масу (GND) и кабла који је повезан са аналогним излазом АО 0, као на слици 12. Слика 12 ŠKOLICE I01 ВЕЖБА 14 КАРАКТЕРИСТИКА ДИОДЕ страна 6/8

7 Поново укључити прекидач на извору напајања. Повећавати напон извора од 0V до 4V у довољном броју корака и уписивати одговарајуће вредности у табелу. На графику ће наставити да се исцртава зависност I(U), али сада за инверзну поларизацију диоде. После снимања целе карактеристике диоде прекидачем искључити извор напајања. На виртуелном инструменту кликoм на симбол променљивог извора једносмерног напона променити његов поларитет (изабрати први симбол на слици 11). На плочи поставити краткоспојник који је везан на масу (GND) и кабл који је повезан за аналогни излаз АО 0 као на слици 8. Кликом на симбол диоде на виртуелном инструменту одабрати симбол за LED диоду, као на слици 13. Слика 13 На плочи заменити диоду са LED диодом. Овиме је све спремно за почетак мерења карактеристике директно поларисане LED диоде. Укључити прекидач на извору напајања и поновити комплетан поступак снимања директне и инверзне карактеристике за LED диоду, као што је објашњено за силицијумску диоду. После снимања целе карактеристике LED диоде прекидачем искључити извор напајања. Заменити LED диоду са Зенер диодом и у шеми у програму и на плочи и поновити поступак мерења снимања најпре директне, а затим инверзне карактеристике ове диоде. Приликом сваке виртуелне промене диоде, подаци се уписују у другу табелу, а нова крива се исцртава на истом графику. Унете вредности за сваку диоду се памте и избором одговарајућег типа (стандардна, Зенер или ЛЕД) на виртуелном инструменту, приказују се на графику. За преглед резултата мерења за све три врсте диоде кликнути на картицу Grafik za poredjenje merenja који се налази изнад графика. Притиском на дугме Zavrsi vezbu завршава се мерење и покреће се генерисање извештаја за вежбу. ŠKOLICE I01 ВЕЖБА 14 КАРАКТЕРИСТИКА ДИОДЕ страна 7/8

8 Приказивање резултата и обрада података Тренутне вредности јачине струје и напона на диодама виде се на виртуелним инструментима (амперметру и волтметрима) који су повезани у коло. Вредности које су унете током мерења налазе се у табелама на основу којих су нацртани графици зависности јачине струје која протиче кроз диоду од напона на њеним крајевима, I(U) (слика 14). Слика 14 Користећи снимљене графике уз опцију Prikazi kursor могу се одредити напон провођења U D за сваку диоду, као и пробојни напон код Зенер диоде. Упоредити резултат за праг укључења LED диоде који је добијен коришћењем графика и визуелним одређивањем напона кад LED диода почне да емитује светлост. Закључак На основу резултата мерења и резултата обраде података снима се струјно-напонска карактеристика различитих типова диода и одређују се њихове карактеристике. На основу карактеристика силицијумске и LED диоде може се закључити да се њихове карактеристике могу поделити у два дела. Први део карактеристике описује рад ових диода када не проводе струју и тада напон на диоде мањи од напона прага провођења, а јачина струје је приближно једнака нули. Други део карактеристике описује рад диода када проводе струју и тада је јачина струје већа од нуле, а напон је приближно константан и једнак напону прага провођења диоде. Што се тиче Зенер диоде, њена карактеристика поседује још један део, и то када ова диода ради у области пробоја. ŠKOLICE I01 ВЕЖБА 14 КАРАКТЕРИСТИКА ДИОДЕ страна 8/8