آزمايش شماره (1) آشنايي با انواع ديود ها و منحني ولت -آمپر LED هدف: هدف از اين آزمايش آشنايي با پايه هاي ديودهاي معمولي مستقيم و معكوس مي باشد. و زنر همراه با رسم منحني مشخصه ولت- آمپر در دو گرايش وسايل آزمايش: ديودهاي: 1N 4001. 2.2,220 LED KΩ Ω K V Zener6.2 Ω مقاومت: 1, فانكشن ژنراتور: منبع تغذيه: اسيلوسكوپ: ولت متر: 2 عدد ١
مباني نظري: ساختار ديود به هر پيوند PN يك ديود مي گويند كه به دو سر آن دو قطعه سيم فلزي جهت اتصال به مدار خارجي تعبيه گرديده و مجموعه ان داخل يك پوشش مناسب قرار داده شده است. همچنين ديود يك المان غير خطي يك طرفه است يعني هنگامي كه كه در مدار قرار مي گيرد بايد آند و كاتد آن در نظر گرفته شود. اگر آند در ديود به ولتاژي بزرگتر از كاتد وصل شود آنگاه در باياس مستقيم است و در غير اين صورت در باياس معكوس قرار دارد. انواع ديود 1.يكسوساز 2.زنر 3.نوري 4.نوراني 5.خازني كه هر يك از اين ديودها كاربرد و ويژگي هاي خاص خود را دارد. ديود يكسوساز( Rectifier ) براي يكسوسازي و حفاظت در مقابل پلاريته اشتباه به كار مي رود. ديود ز ر(ن (Zener اين ديود به منظور استفاده در ناحيه شكست معكوس ساخته مي شود و چون به صورت معكوس باياس مي شود كاتد ان به قطب مثبت منبع ولتاژ و آند آن به قطب منفي وصل مي شود در اين صورت جهت جريان از كاتد به آند خواهد بود. از ديود زنر جهت تثبيت ولتاژ در تنظيم كننده هاي ولتاژ استفاده مي شود ديود نوري( photo ) يك پيوند PN معمولي است. كه در داخل يك پوشش پلاستيكي كه يك سوي آن شفاف مي باشد قرار گرفته است و مقدار جرياني كه از خود عبور مي دهد بستگي به مقدار نوري دارد كه به آن مي رسد. اين ديود از جمله در شمردن اشيا در خط توليد خواندن اطلاعات كارتهاي سوراخ شده كامپيوتري كليدهاي نوري و...كاربرد دارد. ديود نوراني( LED ) اين ديود از بلور نيمه هادي گاليم_آرسنيك ساخته مي شود و در آن تركيب هر الكترون آزاد و حفره به صورت تابش يك فوتون نوري است و مانند ديود معمولي به صورت مستقيم باياس مي گردد. اين ديود در نمايشگرهاي ديجيتالي و مخابرات فيبر نوري كاربرد دارد. ٢
ديود خازني با تغذيه معكوسي كه به آن داده مي شود يك حالت خازني بين دو قسمت PN ايحاد مي شود كه مقدار ظرفيت اين خازن ايجاد شده بستگي به مقدار ولتاژ معكوس اعمال شده به اين ديود دارد. از اين ديود براي تنظيم ولتاژ مدارات تشديد LC در نوسانسازها و نيز در مدارهاي مدولاسيون فركانس استفاده مي شود. كه هر يك از اين ديود ها كه در بالا به ان اشاره شد داراي علامت مداري زير مي باشند. فتو ديود ديود زنر ديود معمولي ديود خازني ديود نوراني روش هاي نام گذاري ديودها: استاندارد آمريكايي: شماره گذاري ديودها از 1N4001 شروع و ادامه پيدا مي كند. استاندارد اروپايي: نام هر ديود با دو حرف لاتين شروع و به يك شماره ختم مي شود. استاندارد ژاپن: شماره گذاري با 1s شروع و به يك شماره ختم مي شود. ٣
بررسي رفتار ديود: رفتار يك ديود را مي توان از روي منحني مشخصه آن طبق نمودار زير مورد بررسي قرار داد كه در عمل اين كار به دو روش نقطه يابي و اسيلوسكوپ انجام مي گيرد. I D معادله مشخصه ديود: رابطه بين جريان و ولتاژ دو سر ديود را معادله مشخصه مي گويند. V D = I T S η V ( e 1) : I S جريان اشباع معكوس Ge = 1 Si : يك پارامتر ثابت است كه به جنس ديود و ساختار فيزيكي آن بستگي دارد. مقدار آن براي = 1.4 1 η 2 مي باشد. و V T = KT q V: T ولتاژ حرارتي كه داراي رابطه زير مي باشد : K ثابت بولتزمن : T q دما بر حسب كلوين : بار الكترون mv 26 V T مقدار در دماي معمولي است. ٤
ولتاژ شكست معكوس: اگر ولتاژ معكوس ديود را افزايش دهيم به مقداري خواهيم رسيد كه جريان معكوس ديود به طور ناگهاني شروع به افزايش سريع مي كند اين پديده را پديده شكست و ولتاژي كه در آن اين پديده صورت مي گيرد را ولتاژ شكست معكوس گويند. روش آزمايش: قدم 1 : با استفاده از اهم متر عقربه اي طبق شكل زير پايه ها آند و كاتد را مشخص كنيد. ٥
قدم 2: با استفاده از ولت متر ديجيتال طبق شكل زير پايه ها آند و كاتد را مشخص كنيد. ٦
قدم 3: با استفاده از مدار زير ابتدا جدول را تكميل و سپس منحني ولت- آمپر ديود را در گرايش مستقيم رسم كنيد. V BIAS V V 0 30 V F I F ٧
قدم 4: با استفاده از مدار زير ابتدا جدول را تكميل و سپس منحني ولت- آمپر ديود را در گرايش معكوس رسم كنيد. V BIAS V V 0 30 V R I R قدم 5: قدم 3 و 4 را با قرار دادن يك ديود نوراني LED به جاي ديود تكرار كنيد. ٨
قدم 6: در قدم 3 نوك هويه را به ديود نزديك كنيد و پس از تكميل جدول مربوطه اثر دما بر كار ديود را بررسي كنيد. قدم 7: با استفاده از مدار زير منحني ولت- آمپر ديود زنر را در گرايش معكوس رسم كنيد. V BIAS V V 0 30 V R I R ٩
قدم 8 : با استفاده از مدار زير منحني ولت- آمپر ديود را در گرايش مستقيم در صفحه اسيلوسكو پ مشاهده كنيد. پرسش: 1- مطلوبست رسم منحني ولت آمپر ديود با استفاده از نرم افزار اسپايس 2- در مورد عملكرد مدار قدم 8 توضيح دهيد ١٠