Stredná priemyselná škola dopravná, Sokolská 911/94, 960 01 Zvolen Kód ITMS projektu: 26110130667 Názov projektu: Zvyšovanie flexibility absolventov v oblasti dopravy UČEBNÉ TEXTY Pracovný zošit č.9 Vzdelávacia oblasť: Predmet: Ročník, triedy: Tematický celok: Vypracoval: Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť Elektrotechnické merania Tretí, triedy III B, III C Základné merania Ing. Alžbeta Kršňáková Dátum: 10.2.2015 Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ
Obsah 1. TEÓRIA: POLOVODIČE DIÓDY, MERANIA NA DIÓDE... 3 2. LABORATÓRNE CVIČENIE č.9: MERANIA NA DIÓDE.VERZIA UČITEĽ... 9 3. LABORATÓRNE CVIČENIE č.9: MERANIA NA DIÓDE. VERZIA ŽIAK... 13 4. POUŽITÉ ZDROJE... 16 Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 2 z 16
MERANIE NA DIÓDE 1. TEÓRIA: POLOVODIČE DIÓDY, MERANIA NA DIÓDE Polovodič je látka, ktorá za normálnych okolností je nevodič a za určitých podmienok (zmena teploty, zmena tlaku) vedie elektrický prúd. Najpoužívanejšie polovodičové materiály sú kremík a germánium. Sú to štvormocné prvky čo znamená, že v poslednej, valenčnej vrstve majú štyri elektróny. Vodivosť polovodičových materiálov môže byť: 1. vlastná 2. nevlastná 1. Keď sa na vodivosti polovodičového materiálu zúčastňujú len vlastné nosiče náboja (elektróny a diery), nazývame tento typ vodivosti polovodičového materiálu vlastnou vodivosťou. 2. Keď vodivosť polovodičového materiálu nie je závislá len od vlastných nosičov náboja, uvoľnených vplyvom teploty alebo tlaku, ale aj od nosičov prímesí, nazývame tento typ vodivosti nevlastnou vodivosťou. Nevlastná vodivosť polovodičov môže byť: nevlastná vodivosť typu P nevlastná vodivosť typu N V prípade trojmocnej prímesi ( B, In) pre prevládajúci počet dier ( plusový nosič) zúčastňujúcich sa na vedení elektrického prúdu nazývame túto vodivosť nevlastnou vodivosťou typu P. Trojmocná prímes sa volá akceptor. V prípade päťmocnej prímesi (P, Sb) pre prevládajúci počet elektrónov (mínusový nosič) zúčastňujúcich sa na vedení elektrického prúdu, nazývame túto vodivosť nevlastnou vodivosťou typu N. Päťmocná prímes sa volá donor. Nosiče náboja, ktoré v materiáli prevládajú a určujú jeho vodivosť nazývame majoritnými (väčšinovými). Nosiče náboja, ktoré sa zúčastňujú na vedení elektrického prúdu menším podielom nazývame minoritnými ( menšinovými). Polovodičové prvky využívajú pre svoju činnosť vlastnosti priechodu P N. V elektronike sa používajú nasledovné polovodičové súčiastky: diódy tranzistory tyristory integrované obvody Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 3 z 16
Polovodičová dióda využíva vlastnosť jedného P-N priechodu. Tranzistor využíva vlastnosti dvoch P-N priechodov. Tyristor má štvorvrstvovú štruktúru s tromi P-N priechodmi. Rôzne druhy diód Polovodičovými diódami nazývame polovodičové obvodové súčiastky, ktoré využívajú pri svojej činnosti usmerňovacie účinky priechodu P-N. Druhy diód z konštrukčno-technologického hľadiska: hrotová dióda plošná dióda štvorvrstvová dióda dióda s privareným hrotom Z funkčného hľadiska diódy sú: usmerňovacia dióda demodulačná dióda spínacia dióda stabilizačná dióda lavínová dióda Schottkyho dióda kapacitná dióda (varikap a varaktor) tunelová dióda (Esakiho dióda) luminiscenčná dióda (LED) Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 4 z 16
fotodióda laserová dióda magnetodióda Polovodičová dióda je dvojpólová súčiastka. Má dve elektródy anódu + (A) katódu - (K) A (+) K (-) Polovodičová dióda pre svoju činnosť využíva priechod P-N, alebo Schottkyho kontakt (polovodič kov). Tento priechod má usmerňovaciu vlastnosť ( jednosmernú vodivosť), ktorú vyjadruje aj schematická značka diódy, ktorá pripomína šípku ukazujúcu smer tečenia prúdu pretekajúceho cez priechod polarizovaný vonkajším napätím v priamom (priepustnom) smere. P N priechod v priamom (priepustnom) smere Štrukturálna schéma zapojenia diódy smere v priamom smere Schematické zapojenie diódy v priamom Dióda je zapojená v priamom (priepustnom) smere ak po pripojení jednosmerného napätia sú majoritné nosiče v oboch oblastiach odpudzované vonkajším napätím cez P N priechod, ktorý pre majoritné nosiče predstavujú malý odpor a preto ním tečie veľký prúd majoritných nosičov (v rozmedzí ma A). Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 5 z 16
P N priechod v spätnom (závernom) smere Štrukturálna schéma zapojenia diódy v spätnom (závernom) smere Schematické zapojenie diódy v spätnom (závernom) smere Dióda je zapojená v spätnom (závernom) smere ak po pripojení jednosmerného napätia sú majoritné nosiče priťahované smerom k svorkám zdroja, teda neprechádzajú cez priechod P N, ktorý pre majoritné nosiče predstavuje veľký odpor, v dôsledku čoho obvodom netečie prúd majoritných nosičov. Volt ampérová charakteristika diódy poskytuje základnú informáciu o vlastnostiach diódy. Je to závislosť prúdu I A pretekajúceho diódou od jednosmerného napätia U AK, ktoré pôsobí medzi jej anódou a katódou. Schéma zapojenia na meranie volt ampérovej charakteristiky diódy Pripojenie elektród diódy na svorky zdroja podľa: 1 priepustný stav 2 nepriepustný stav Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 6 z 16
Volt ampérová charakteristika usmerňovacej diódy Veličiny v priamom ( priepustnom) smere sa označujú indexom F, f. Veličiny v spätno ( závernom) smere sa označujú indexom R, r. V katalógu polovodičových prvkov sú uvedené dôležité informácie,ako napr. priepustný prúd neopakovateľný priepustný prúd prahové napätie diferenciálny odpor špičkové záverné napätie opakovateľné záverné napätie... Volt ampérové charakteristiky rôznych diód: Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 7 z 16
Volt ampérová charakteristika usmerňovacej diódy Volt ampérová charakteristika stabilizačnej diódy Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 8 z 16
Volt ampérová charakteristika kapacitnej diódy Volt ampérová charakteristika tunelovej diódy 2. LABORATÓRNE CVIČENIE č.9: MERANIA NA DIÓDE.VERZIA UČITEĽ ZADANIE ÚLOHY: V katalógu súčiastok vyhľadajte typ predloženej diódy a vypíšte všetky dôležité parametre potrebné pre meranie. Zrealizujte na nej meranie statickej volt ampérovej charakteristiky. Z nameraných hodnôt nakreslite priebeh grafickej závislosti v priamom (priepustnom) a spätnom (závernom) zapojení diódy. V zhodnotení merania identifikujte z odmeranej a graficky znázornenej volt ampérovej charakteristiky druh meranej polovodičovej diódy z funkčného hľadiska. Z grafickej závislosti odčítajte parametre meranej diódy a porovnajte ich s parametrami z katalógu. SÚPIS PRÍSTROJOV: zdroj napätia potenciometer reostat voltmeter ampérmeter dióda sem vypíšte typ a katalógové parametre meranej diódy SCHÉMA ZAPOJENIA: Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 9 z 16
POSTUP PRI MERANÍ: - z katalógu polovodičových prvkov vyhľadajte a vypíšte potrebné parametre meranej diódy, - zapojte obvod podľa schémy zapojenia so zapojením diódy v priamom smere (zapojenie 1), - nastavte vhodné rozsahy meracích prístrojov, - po kontrole zapojenia elektrického obvodu pripojte zdroj jednosmerného napätia, - podľa druhu meranej diódy pomocou reostatu obmedzte veľkosť prúdu v priamom smere, - pomocou potenciometra zväčšujte napätie v obvode po 0,1 volte do obmedzenej hodnoty elektrického prúdu v obvode, - namerané hodnoty prúdu a napätia pre jednotlivé nastavenia zapíšte do tabuľky do stĺpca priamy smer diódy, - vykonajte zmenu v zapojení elektrického obvodu pre spätný smer (zapojenie 2), - nastavte vhodné rozsahy meracích prístrojov, - nastavte vhodné napäťové pomery pre meranie v spätnom smere, - potenciometrom zvyšujte napätie v elektrickom obvode po 5 voltoch do maximálnej hodnoty napätia zdroja, - namerané hodnoty prúdu a napätia pre jednotlivé nastavenia zapíšte do tabuľky do stĺpca spätný smer diódy, - vypnite zdroj napätia, rozpojte elektrický obvod a uložte meracie prístroje a vodiče na miesto, - vypočítajte veľkosti nameraných hodnôt prúdu a napätia v priamom a spätnom smere a vyplňte všetka riadky tabuľky, - z nameraných hodnôt nakreslite v mierke statickú volt ampérovú charakteristiku meranej diódy, - z grafickej závislosti odčítajte charakteristické parametre meranej diódy a porovnajte ich s katalógovými. TABUĽKA NAMERANÝCH A VYPOČÍTANÝCH HODNȎ T: Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 10 z 16
Priamy smer diódy Spätný smer diódy č.m. α I k I I[A] α U k U U[V] R[Ω] α I k I I[A] α U k U U[V] 1 2 3 4 5 6 7 8 VÝPOČET: GRAFICKÁ ZÁVISLOSŤ: Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 11 z 16
VYHODNOTENIE MERANIA: Podľa tvaru volt ampérovej charakteristiky určte druh diódy a možnosť jej využitia v praxi. Z nakreslenej statickej charakteristiky meranej diódy odčítajte hodnotu prahového napätia a porovnajte z hodnotou uvedenou v katalógu. Z hodnôt z charakteristiky vypočítajte veľkosť dynamického odporu a porovnajte ho s katalógovou hodnotou. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 12 z 16
3. LABORATÓRNE CVIČENIE č.9: MERANIA NA DIÓDE. VERZIA ŽIAK ZADANIE ÚLOHY: V katalógu súčiastok vyhľadajte typ predloženej diódy a vypíšte všetky dôležité parametre potrebné pre meranie. Zrealizujte na nej meranie statickej volt ampérovej charakteristiky. Z nameraných hodnôt nakreslite priebeh grafickej závislosti v priamom (priepustnom) a spätnom (závernom) zapojení diódy. V zhodnotení merania identifikujte z odmeranej a graficky znázornenej volt ampérovej charakteristiky druh meranej polovodičovej diódy z funkčného hľadiska. Z grafickej závislosti odčítajte parametre meranej diódy a porovnajte ich s parametrami z katalógu. SÚPIS PRÍSTROJOV: zdroj napätia potenciometer reostat voltmeter ampérmeter dióda sem vypíšte typ a katalógové parametre meranej diódy SCHÉMA ZAPOJENIA: POSTUP PRI MERANÍ: Sem doplňte stručný postup pri meraní. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 13 z 16
TABUĽKA NAMERANÝCH A VYPOČÍTANÝCH HODNȎ T: Priamy smer diódy Spätný smer diódy č.m. α I k I I[A] α U k U U[V] R[Ω] α I k I I[A] α U k U U[V] 1 2 3 4 5 6 7 8 VÝPOČET: GRAFICKÁ ZÁVISLOSŤ: Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 14 z 16
VYHODNOTENIE MERANIA: Podľa tvaru volt ampérovej charakteristiky určte druh diódy a možnosť jej využitia v praxi. Z nakreslenej statickej charakteristiky meranej diódy odčítajte hodnotu prahového napätia a porovnajte z hodnotou uvedenou v katalógu. Z hodnôt z charakteristiky vypočítajte veľkosť dynamického odporu a porovnajte ho s katalógovou hodnotou. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 15 z 16
4. POUŽITÉ ZDROJE 1. Elektrotechnická měření; BEN technická literatúra; Praha 2008 2. Antošovský V.: Elektrické merania I. Alfa press, s.r.o.; Bratislava 2007 3. Ráček V. Mádel P.: Elektronika. Alfa, Bratislava 1986 4. Maťátko J.: Elektronika. Alfa press, s.r.o. Bratislava 2008 5. http://sk.wikipedia.org/elektrotechnika Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 16 z 16