ΤΕΙ ΔΥΤΙΗΣ ΕΛΛΔΣ ΤΜΗΜ ΗΛΕΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΝΙΩΝ Τ.Ε. ΗΛΕΤΡΟΝΙ Ι (ΕΡ) Άσκηση 3 Δίοδοι Στόχος Ο στόχος της εργαστηριακής άσκησης είναι η γνωριμία των φοιτητών με την δίοδο. Γίνεται μελέτη της χαρακτηριστικής της διόδου σε ορθή και ανάστροφη πόλωση και έτσι οι φοιτητές έρχονται σε επαφή με τη μη γραμμική συμπεριφορά των ηλεκτρονικών στοιχείων ημιαγωγών. Εισαγωγή 1. Ημιαγωγοί Η ηλεκτρική αγωγιμότητα ενός υλικού εξαρτάται από την εξωτερική στοιβάδα ή στοιβάδα σθένους των ατόμων του. Η εξωτερική στοιβάδα καθορίζει τις ηλεκτρικές ιδιότητες του ατόμου. Το μέγεθος των δυνάμεων που συγκρατούν τα ηλεκτρόνια e της στοιβάδας σθένους καθορίζουν την ευκολία με την οποία αυτά μπορούν να γίνουν ελεύθερα και κατατάσσουν το υλικό σε μία κατηγορία αγωγιμότητας. Τα άτομα των καλών αγωγών ηλεκτρισμού (χρυσός, ασήμι, χαλκός κλπ) έχουν ένα e (σθένος 1) χαλαρά δεσμευμένο στην εξωτερική στοιβάδα το οποίο με πολύ μικρή ενέργεια γίνεται ελεύθερο. Οι μονωτές έχουν πολλά e σθένους (συνήθως 8) τα οποία είναι ισχυρά συνδεδεμένα με το άτομο. Οι ημιαγωγοί είναι υλικά που ανάλογα με τις συνθήκες, μπορούν να συμπεριφέρονται άλλοτε ως αγωγοί και άλλοτε ως μονωτές. Η ελεγχόμενη αυτή συμπεριφορά τους τα καθιστά εξαιρετικά χρήσιμα στοιχεία που βρίσκουν πολλές εφαρμογές στην μικροηλεκτρονική. Τα βασικά χημικά στοιχεία των ημιαγωγών είναι συνήθως κρύσταλλοι τετρασθενών στοιχείων (Si, Ge, κλπ) τα οποία όμως, όταν είναι καθαρά, λειτουργούν κυρίως ως μονωτές, καθώς δημιουργούν ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ τους και συμπληρώνοντας τα e στην στοιβάδα σθένους, αυτά είναι ισχυρά συνδεδεμένα με τα άτομα (Σχήμα 1). Οι ηλεκτρικές ιδιότητες των ημιαγωγών μεταβάλλονται σημαντικά από την πρόσμιξή τους (doping) των τετρασθενών αυτών στοιχείων (Si, Ge, κλπ) με πεντασθενή ή τρισθενή στοιχεία. πό την πρόσμιξη των τετρασθενών στοιχείων με πεντασθενή στοιχεία προκύπτουν κρυσταλλικές δομές με περίσσεια ενός ηλεκτρονίου στους ομοιοπολικούς δεσμούς και δημιουργούν ημιαγωγό τύπου N. Όπως είναι γνωστό τα ηλεκτρόνια είναι φορείς αρνητικού ηλεκτρικού φορτίου και αυτά πλέον μπορούν να μετακινούνται μέσα στη δομή, κάτω από την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου, επιτρέποντας τη δημιουργία ρεύματος. Τα ηλεκτρόνια αποτελούν τους φορείς πλειονότητας του τύπου Ν ημιαγωγού. 1
ντίστοιχα, από την πρόσμιξη των τετρασθενών στοιχείων με τρισθενή στοιχεία προκύπτουν κρυσταλλικές δομές με έλλειψη ενός ηλεκτρονίου στους ομοιοπολικούς δεσμούς και δημιουργούν ημιαγωγό τύπου P. Η έλλειψη ηλεκτρονίου ισοδυναμεί με οπή ή αλλιώς με φορέα θετικού φορτίου. Οι οπές μπορούν να μετακινούνται μέσα στη δομή κάτω από την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου επιτρέποντας τη δημιουργία ρεύματος. Οι οπές αποτελούν τους φορείς πλειονότητας του τύπου P ημιαγωγού. Οι ημιαγωγοί τύπου P και οι ημιαγωγοί τύπου N μόνοι τους είναι στην πραγματικότητα αγωγοί με μεγάλη ηλεκτρική αντίσταση. ν έρθει όμως σε επαφή ένα κομμάτι ημιαγωγού τύπου Ρ με ένα κομμάτι ημιαγωγού τύπου Ν τότε δημιουργείται μια διπολική επαφή ΡΝ ή δίοδος επαφής. αθαρός κρύσταλλος Si Άτομο πυριτίου (Si) Si e Si Si Si Si Si Si Si Si Si Ημιαγωγός τύπου N Ημιαγωγός τύπου P Si Si Si e Si Si Si οπή Si Sb Si Si Β Si Si Si Si Si Si Si Σχήμα 1: α) Άτομο Si, β) ρύσταλλος Si, γ) Ημιαγωγός τύπου N, δ) Ημιαγωγός τύπου Ρ. 2. Η επαφή PN Όταν οι δύο ημιαγωγοί έρθουν σε επαφή δημιουργείται μια μετακίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων από τον ημιαγωγό τύπου Ν προς τον ημιαγωγό τύπου Ρ (Σχήμα 1). Τα ηλεκτρόνια αυτά μετακινούνται λόγω της απώθησής τους από τα γειτονικά ελεύθερα ηλεκτρόνια. αθώς μεταβαίνουν στον ημιαγωγό τύπου Ρ ενώνονται με τις οπές και δημιουργούν αρνητικά φορτισμένα ιόντα. κριβώς το αντίθετο συμβαίνει με τις περιοχή τύπου N όπου δημιουργούνται θετικά φορτισμένα ιόντα. Λόγω της δημιουργίας των ιόντων εμφανίζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο που εμποδίζει την περαιτέρω μετακίνηση ελεύθερων φορτίων. Τελικά, στην επαφή εμφανίζεται μια περιοχή που είναι άδεια από ελεύθερους φορείς και λέγεται περιοχή απογύμνωσης. Το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται εμποδίζει, την μετακίνηση φορτίων και αντιστοιχεί σε μια διαφορά δυναμικού που ονομάζεται φράγμα δυναμικού. Το φράγμα δυναμικού στους 25 ο C είναι περίπου 0.7V για τις διόδους πυριτίου (Si) και 0.3V για τις διόδους γερμανίου (Ge). 2
P Περιοχή απογύμνωσης Ν Διαφορά Δυναμικού στην επαφή Σχήμα 2: Η επαφή PN Ελεύθερα e Δότες Οπές ποδέκτες 3. Πόλωση επαφής pn Πόλωση ονομάζεται η εφαρμογή κατάλληλης συνεχούς τάσης (DC) σε ένα στοιχείο ώστε να λειτουργεί κάτω από μια επιθυμητή κατάσταση σε στατική λειτουργία. Η πόλωση είναι η τάση που θέτει σε κανονική λειτουργία ένα στοιχείο ή κύκλωμα και δεν πρέπει να συγχέεται με την εφαρμογή άλλου σήματος που μπορεί να εφαρμοστεί στη συνέχεια για επεξεργασία. 3.1 Ορθή πόλωση Για να δημιουργηθεί ηλεκτρικό ρεύμα μέσα από τη δίοδο εφαρμόζεται πηγή τάσης με τον θετικό πόλο στον ημιαγωγό τύπου Ρ και τον αρνητικό στον ημιαγωγό τύπου Ν, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3. Η πόλωση αυτή ονομάζεται ορθή πόλωση. Η πηγή ωθεί ηλεκτρόνια και οπές προς την επαφή. ν η τάση της πηγής είναι μικρότερη από το φράγμα δυναμικού τότε η περιοχή απογύμνωσης αν και μικρότερη, εξακολουθεί να υπάρχει, μη επιτρέποντας την περαιτέρω μετακίνηση φορέων. Όταν η πηγή τάσης γίνει μεγαλύτερη από το φράγμα δυναμικού τότε η περιοχή απογύμνωσης εξαφανίζεται και οι φορείς μπορούν να μετακινηθούν υπερπηδώντας το φράγμα δυναμικού. Έτσι επιτρέπεται η δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από τη δίοδο, με συμβατική φορά από τον ημιαγωγό τύπου Ρ προς στον ημιαγωγό τύπου Ν. P Ν V Σχήμα 3: Ορθή πόλωση επαφής ΡΝ 3
3.2 νάστροφη πόλωση ν η πηγή τάσης συνδεθεί ανάστροφα, με τον αρνητικό της πόλο στην άνοδο της διόδου και τον θετικό στην κάθοδο της διόδου, τότε αυτή η σύνδεση ονομάζεται ανάστροφη πόλωση. Σε αυτήν την περίπτωση τα ελεύθερα ηλεκτρόνια έλκονται ακόμη περισσότερο από το δυναμικό της πηγής και απωθούνται από την επαφή. Το αντίστοιχο συμβαίνει και με τις οπές κάνοντας συνολικά την περιοχή απογύμνωσης να μεγαλώνει. αθώς η περιοχή απογύμνωσης μεγαλώνει, τόσο πιο δύσκολο είναι να υπάρξει μετακίνηση ελεύθερων ηλεκτρονίων και άρα είναι αδύνατη η δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος. Στην πραγματικότητα υπάρχει ένα πολύ μικρό ρεύμα που οφείλεται στους φορείς μειονότητας. Συνεπώς γίνεται κατανοητό ότι κατά την ορθή πόλωση υπάρχει αγωγή ρεύματος, εφόσον η τάση στην δίοδο γίνει μεγαλύτερη από το φράγμα δυναμικού ή τάση αγωγής V t, ατά την ανάστροφη πόλωση το ρεύμα είναι πολύ μικρό, πρακτικά μηδενικό. Η επαφή ΡΝ αποτελεί ένα χρήσιμο ηλεκτρονικό στοιχείο ημιαγωγού με ευρεία χρήση στα ηλεκτρονικά κυκλώματα και λέγεται δίοδος. 3.3 ατάρρευση σε ανάστροφη πόλωση ν αυξηθεί αρκετά η ανάστροφη τάση, αρχικά δεν αυξάνεται το ανάστροφο ρεύμα, διότι οι φορείς του οφείλονται κυρίως σε θερμική διέγερση. Ωστόσο, η μεγαλύτερη αύξηση της ανάστροφης τάσης αρχίζει η κατάρρευση της διόδου, το ανάστροφο ρεύμα αυξάνει απότομα και η δίοδος καταστρέφεται, εκτός αν είναι κατάλληλα κατασκευασμένη για τη λειτουργία αυτή. Το φαινόμενο της κατάρρευσης κατά την ανάστροφη πόλωση οφείλεται σε δύο διαφορετικούς φαινόμενα που ονομάζονται φαινόμενο χιονοστιβάδας (avalanche) και φαινόμενο Zener. Με το φαινόμενο χιονοστιβάδας, όσο αυξάνεται η ανάστροφη πόλωση, αυξάνεται και η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων μειονότητας. υτά τα ηλεκτρόνια συγκρούονται με άτομα, σπάζοντας τους ομοιοπολικούς δεσμούς και απελευθερώνοντας νέα ηλεκτρόνια, τα οποία με τη σειρά τους επιταχύνονται, ελευθερώνουν περισσότερα ηλεκτρόνια κ.ο.κ. Επειδή το φαινόμενο αυτό μοιάζει με χιονοστιβάδα, έχει πάρει το αντίστοιχο όνομα. Στο φαινόμενο Zener, γίνεται άμεση απόσπαση των ηλεκτρονίων από τις εξωτερικές στοιβάδες των ατόμων εξαιτίας της μεγάλης αύξησης του ηλεκτρικού πεδίου στη ζώνη φραγμού. Είναι δύσκολο να εξακριβωθεί κάθε φορά σε πιο φαινόμενο οφείλεται η κατάρρευση της διόδου. Υπάρχουν δίοδοι που είναι κατασκευασμένες για να μπορούν να δουλεύουν στην περιοχή κατάρρευσης και ονομάζονται δίοδοι Zener. 4. Η Δίοδος H δίοδος έχει το σύμβολο που φαίνεται στο Σχήμα 4. Έχει δύο ακροδέκτες, την άνοδο και την κάθοδο. ντιστοιχώντας τη με την επαφή που φαίνεται στο Σχήμα 3, η άνοδος αντιστοιχεί στον ημιαγωγό τύπου Ρ και η κάθοδος στον ημιαγωγό τύπου Ν. Σχήμα 4: Το σύμβολο της διόδου 4
Σε κάθε ηλεκτρονικό στοιχείο με δύο ακροδέκτες είναι σημαντικό να γνωρίζουμε την χαρακτηριστική IV, που δίνει τη σχέση μεταξύ της τάσης στα άκρα του στοιχείου και του ρεύματος που διαρρέεται από αυτό. Η χαρακτηριστική IV για το τρανζίστορ σε ορθή πόλωση δίδεται από τη σχέση, (1) όπου, Ι είναι το ρεύμα που διαρρέει τη δίοδο υπό τάση V στα άκρα της, Ι S είναι το ρεύμα κόρου της διόδου, q το φορτίο ενός ηλεκτρονίου, ίσο με 1.6 10 19 Coulomb, k είναι η σταθερά Boltzmann, ίση με 1.38 10 23 Joule/ o K, Τ η θερμοκρασία σε o K, είναι μία σταθερά με τιμή περίπου 1 για διόδους Si και 2 για διόδους Ge. V T ισούται με kt/q, λέγεται θερμική τάση και σε θερμοκρασία δωματίου (27 ο C) έχει τιμή περίπου 26mV. Η χαρακτηριστική μιας πραγματικής διόδου φαίνεται στο Σχήμα 5. Σημειώνεται ότι η μεγάλη απότομη αύξηση του ρεύματος κατά την ανάστροφη πόλωση καταστρέφει μια απλή δίοδο και δεν χρησιμοποιείται στην πράξη. Ωστόσο, αξιοποιείται στις διόδους Zener, για την υλοποίηση διαφόρων κυκλωμάτων. I D V D Σχήμα 5: Χαρακτηριστική πραγματικής διόδου πό τα παραπάνω γίνεται κατανοητό ότι μία απλουστευμένη προσέγγιση στη λειτουργία της διόδου είναι να θεωρηθεί ότι η δίοδος άγει σε ορθή πόλωση και δεν άγει σε ανάστροφη πόλωση. Το ισοδύναμο κύκλωμα τότε, είναι ένας κλειστός διακόπτης (κλειστό κύκλωμα) κατά την ορθή πόλωση και ανοικτός (ανοικτό κύκλωμα) κατά την ανάστροφη πόλωση. Το ισοδύναμο κύκλωμα και η χαρακτηριστική σε αυτήν την περίπτωση φαίνεται στο Σχήμα 6. 5
I D A K A K ορθή πόλωση ανάστροφη πόλωση V D Σχήμα 6: Ισοδύναμο κύκλωμα και χαρακτηριστική ιδανικής διόδου σε ορθή και ανάστροφη πόλωση Ωστόσο, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, για να αρχίσει η αγωγή κατά την ορθή πόλωση, η τάση στα άκρα της διόδου πρέπει να ξεπεράσει την τάση αγωγής V t που είναι 0.7V για τη δίοδο πυριτίου (Si) και 0.3V για τη δίοδο γερμανίου (Ge). Το ισοδύναμο κύκλωμα και η χαρακτηριστική της διόδου σε αυτήν την περίπτωση φαίνεται στο Σχήμα 7. I D A K A K 0.7V 0.7V 0.7V V D ορθή πόλωση ανάστροφη πόλωση Σχήμα 7: Ισοδύναμο κύκλωμα και χαρακτηριστική ιδανικής διόδου Si σε ορθή και ανάστροφη πόλωση με την τάση αγωγής δ) ιδανικής με τάση αγωγής και εσωτερική αντίσταση Μια πιο καλή προσέγγιση είναι να λάβουμε υπόψη και την εσωτερική αντίσταση της διόδου και να θεωρήσουμε ότι αυτή είναι γραμμική, κάτι που όμως δεν ισχύει στην πραγματικότητα. Τότε το ισοδύναμο κύκλωμα και η χαρακτηριστική της διόδου σε αυτήν την περίπτωση γίνεται όπως φαίνεται στο Σχήμα 8. I D A r K A r K 0.7V 0.7V 0.7V V D ορθή πόλωση ανάστροφη πόλωση Σχήμα 8: Ισοδύναμο κύκλωμα και χαρακτηριστική ιδανικής διόδου Si σε ορθή και ανάστροφη πόλωση με την τάση αγωγής και εσωτερική αντίσταση 6
5. Χαρακτηριστικά πραγματικών διόδων Μια πραγματική δίοδος έχει περιορισμούς σε σχέση με το μέγιστο ρεύμα I Dmax που επιτρέπεται να τη διαπεράσει και να μην την καταστρέψει. Ο περιορισμός αυτός σχετίζεται με την υπερθέρμανση της διόδου λόγω της ροής ρεύματος. ν η θερμοκρασία ανέβει υπερβολικά, τότε η δίοδος καταστρέφεται. Για τον ίδιο λόγο, υπάρχει μια μέγιστη ισχύς P Dmax που μπορεί να καταναλωθεί πάνω στη δίοδο. Τα δύο μεγέθη σχετίζονται μέσω της γνωστής σχέσης ισχύος P Dmax = V D I Dmax. Τέλος, στις απλές διόδους (όχι στις διόδους Zener) υπάρχει μια μέγιστη τάση ανάστροφης πόλωσης V R πάνω από την οποία υπάρχει διάτρηση της περιοχής απογύμνωσης και η δίοδος καταστρέφεται. Όλα τα παραπάνω, το μέγιστο ρεύμα, η μέγιστη ισχύς και η μέγιστη ανάστροφη τάση πόλωσης εξαρτώνται κάθε φορά από τη συγκεκριμένη δίοδο και τις δίνει ο κατασκευαστής. Στο εμπόριο οι δίοδοι βρίσκονται σαν διακριτά στοιχεία και έχουν συνήθως τη μορφή που φαίνεται στο Σχήμα 9. Η κάθοδος χαρακτηρίζεται συνήθως από μια λευκή γραμμή που βρίσκεται κοντά στον αντίστοιχο ακροδέκτη. Σχήμα 9: Δίοδος ως διακριτό στοιχείο 6. Έλεγχος διόδων με ωμόμετρο Σύμφωνα με τα παραπάνω η ιδανική δίοδος άγει κατά την ορθή πόλωση και δεν άγει κατά την ανάστροφη. Για το λόγο αυτό μπορεί να γίνει έλεγχος μιας διόδου με ωμόμετρο. Συνδέοντας την δίοδο κατά την μια φορά η αντίσταση θα είναι πολύ μικρή ενώ κατά την άλλη πολύ μεγάλη. Η ακριβής τιμή δεν έχει σημασία καθώς εξαρτάται από τη δίοδο αλλά και από την εσωτερική αντίσταση του ωμομέτρου. Προσοχή χρειάζεται στις διόδους μικρής ισχύος, όπου θα πρέπει η κλίμακα να τίθεται στην μεγαλύτερη τιμή για να μην περάσει μεγάλο ρεύμα. Επίσης, ανάλογα με την κλίμακα του ωμομέτρου, ή μέτρηση θα δείχνει διαφορετική αντίσταση λόγω της μη γραμμικής λειτουργίας της διόδου. 7. ύκλωμα Ψαλιδιστή Μια κατηγορία κυκλωμάτων με τη χρήση διόδων είναι οι ψαλιδιστές. Χρησιμοποιούνται ώστε να περιορίσουν την τάση σε συγκεκριμένες τιμές. Ένα απλό κύκλωμα ψαλιδιστή φαίνεται στο Σχήμα 10. V R Vs Rs D V D Σχήμα 10: ύκλωμα ψαλιδιστή Στο Σχήμα 11 δεικνύονται οι κυματομορφές των τάσεων του κυκλώματος ως προς το χρόνο. Εφαρμόζοντας μια ημιτονοειδή τάση V S με πλάτος Vmax στην είσοδο, εμφανίζεται η τάση V D όπως φαίνεται στο Σχήμα 11. ατά τη θετική ημιπερίοδο η δίοδος άγει και διατηρεί 7
τάση ίση περίπου με την τάση αγωγής, η οποία για δίοδο Si είναι περίπου 0.7 V. ατά την αρνητική ημιπερίοδο η δίοδος δεν άγει και άρα το ρεύμα που διαρρέει το κύκλωμα είναι μηδενικό. Συνεπώς, υπό μηδενικό ρεύμα, η πτώση τάσης ( = I R S ) στα άκρα της αντίστασης είναι μηδενική και άρα η τάση στην έξοδο (V D) είναι ακριβώς ίση με την τάση εισόδου. Η τάση στα άκρα της αντίστασης R μπορεί να εξηγηθεί λαμβάνοντας υπόψη ότι V R = V S V D πό τη σχέση αυτή προκύπτει ότι κατά τη θετική ημιπερίοδο η μέγιστη τιμή της τάσης στα άκρα της αντίστασης θα είναι Vmax 0.7 V, ενώ κατά την αρνητική ημιπερίοδο θα είναι μηδενική. V max Vac 0 t V max V max V D 0 t V max V max V R 0 t V max Σχήμα 11: υματομορφές του ψαλιδιστή 8
ΤΕΙ ΔΥΤΙΗΣ ΕΛΛΔΣ ΤΜΗΜ ΗΛΕΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΝΙΩΝ Τ.Ε. ΗΛΕΤΡΟΝΙ Ι (ΕΡ) Άσκηση 3 Δίοδοι ΕΠΩΝΥΜΟ ΟΝΟΜ.Μ. ΤΜΗΜ ΗΜ/ΝΙ ΔΙΕΞΓΩΓΗΣ:.... /..../ 20.. ΗΜ/ΝΙ ΠΡΔΟΣΗΣ:.... /..../ 20.. 9
Πρακτική Άσκηση 1) Σύνδεση κυκλώματος Παρατηρείστε και αναγνωρίστε το κύκλωμα της άσκησης, τους τύπους και τα χαρακτηριστικά των εξαρτημάτων καθώς και τα όργανα που θα χρησιμοποιήσετε. 2) Μέτρηση διόδων με ωμόμετρο Πριν συνδέσετε οτιδήποτε στο κύκλωμα κάνετε έλεγχο με ωμόμετρο στις δύο διόδους. Για το σκοπό αυτό θα χρησιμοποιήσετε ψηφιακό πολύμετρο και θα προσπαθήσετε να κάνετε τον έλεγχο σε διάφορες κλίμακες των πολυμέτρων γράφοντας τα συμπεράσματά σας. Σε ποια κλίμακα είναι αξιόπιστος ο έλεγχος και γιατί; Έχουμε τις ίδιες μετρήσεις και στις δύο διόδους; 680 Ω 00 A 0 20 Vdc Ge Si V Πίνακας 1: ντίσταση διόδων Δίοδος R (KΩ) για ορθή πόλωση R (KΩ) για ανάστροφη πόλωση Ge Si 3) Λήψη μετρήσεων για την ορθή πόλωση Συνδέστε στο κύκλωμα ένα τροφοδοτικό (0 έως 30 V dc ) ώστε οι δίοδοι να είναι ορθά πολωμένες και τοποθετήστε στις κατάλληλες θέσεις τα όργανα μέτρησης. Συνδέοντας εναλλάξ τις δύο διόδους και μεταβάλλοντας την τάση τροφοδοσίας συμπληρώστε τον Πίνακα 1. Δώστε έμφαση στα αρχικά σημεία αγωγής των διόδων αυξάνοντας πολύ σιγά την τάση του τροφοδοτικού από την τιμή 0 V και μετρήστε την τάση αγωγής V t της κάθε διόδου. 10
680 Ω A 0 20 Vdc Ge Si V Πίνακας 1: Ορθή Πόλωση Ge Si Vdc (V) V D (V) I D (ma) V D (V) I D (ma) 0 0.3 0.5 0.7 1 2 4 6 8 10 13 16 20 4) Λήψη μετρήσεων για την ανάστροφη πόλωση Συνδέστε κατάλληλα το τροφοδοτικό ώστε οι δίοδοι να είναι ανάστροφα πολωμένες και επαναλάβετε τη διαδικασία συμπληρώνοντας τον Πίνακα 2. Πίνακας 2: νάστροφη Πόλωση Ge Si Vdc (V) V D (V) I D (ma) V D (V) I D (ma) 0 1 2 3 4 5 6 11
5) Σχεδίαση χαρακτηριστικής Με τα δεδομένα των μετρήσεων σχεδιάστε τις χαρακτηριστικές των διόδων κατά την ορθή και ανάστροφη πόλωση. Ποια είναι η τάση αγωγής για την κάθε δίοδο; I D (ma) 0 V D (V) Γράφημα 1: Χαρακτηριστικές διόδων 12
6) Λήψη κυματομορφών με παλμογράφο Συνδέστε την δίοδο Si. ποσυνδέστε το τροφοδοτικό dc και συνδέστε 6.3 Vac 50Hz από την κατάλληλη συσκευή που έχετε στον πάγκο σας. ποσυνδέστε το αμπερόμετρο και στη θέση του βάλτε ένα βραχυκύκλωμα, ενώ αφήστε το βολτόμετρο ασύνδετο. Με τον παλμογράφο παρατηρείστε και σχεδιάστε τις κυματομορφές τάσης στα άκρα: α) του τροφοδοτικού V S β) της διόδου V D γ) της αντίστασης V R (για την V R χρειάζεται τροποποίηση της σύνδεσης όπως περιγράφεται στη συνέχεια). Για την ταυτόχρονη παρατήρηση των τάσεων τροφοδοτικού και αντίστασης πρέπει η γείωση του παλμογράφου να συνδεθεί στον κοινό τους κόμβο. Ωστόσο, και πάλι εξαιτίας της αντίστροφης φοράς με την οποία λαμβάνονται οι δύο τάσεις πρέπει να ενεργοποιηθεί το πλήκτρο INVERT του καναλιού 2 του παλμογράφου. Εναλλακτικά μπορείτε να πάρετε την αναμενόμενη κυματομορφή της τάσης της αντίστασης μέσω υπολογισμών. 680 Ω CH1 CH2 6.3 Vac Ge Si Η σχεδίαση να γίνει σε βαθμονομημένους άξονες (τάση περίοδος) και τα σχήματα θα πρέπει να είναι το ένα κάτω από το άλλο ώστε να είναι εμφανής η χρονική αντιστοιχία. Δικαιολογείστε τη μορφή των κυματομορφών. 13
VS (V) t (ms) VD (V) t (ms) VR (V) t (ms) Γράφημα 2: υματομορφές τάσης α) πηγής, β) διόδου, γ) αντίστασης 14