WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

WYDZIAŁ MECHATRONIKI I LOTNICTWA

ĆWICZENIE LABORATORYJNE

PRZEDMIOT: Elektronika i Elektrotechnik              a             

TEMAT: Wyznaczanie parametrów diod i tranzystorów

Prowadzący: mgr. inż. (NIE WIEM JAKI TYTUŁ) Kamil Dzięgielewski

Sprawozdanie wykonali: Michał Bartoszewski, Paweł Bednarek, Adam Biliński,
Marcin Chmiel, Grzegorz Boniecki

Grupa: L2X1S1                           

Data wykonania ćwiczenia: 10.04.2013r.

1.     Wstęp teoretyczny

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i zasadą działania podstawowych rodzajów diod półprzewodnikowych i tranzystora bipolarnego. Ćwiczenie ma na celu zapoznanie nas z parametrami i charakterystykami diod.

1.1.            Diody

Diodą półprzewodnikową nazywamy element wykonany z półprzewodnika, zawierającego jedno złącze - najczęściej p-n z dwiema końcówkami wyprowadzeń. Charakterystyka diody oraz jej parametry są podobne, a nawet niekiedy takie same jak złącza p-n . Ze względu na swą budowę, dioda przepuszcza prąd w jednym kierunku, natomiast
w kierunku przeciwnym - w minimalnym stopniu.

         Diody stosowane są w układach analogowych i cyfrowych. W układach analogowych wykorzystywana jest zależność rezystancji dynamicznej od napięcia lub prądu wejściowego, lub też zmiany pojemności w funkcji napięcia. W układach cyfrowych istotne są natomiast właściwości przełączające diody.

         Diody półprzewodnikowe stosuje się w układach prostowania prądu zmiennego,
w układach modulacji i detekcji, przełączania, generacji i wzmacniania sygnałów elektrycznych.

         Każda dioda ma pewną częstotliwość graniczną, po przekroczeniu której nie zachowuje się jak dioda, lecz jak kondensator.

Wyróżniamy diody:

a)      Germanowe - to diody półprzewodnikowe wykonane z kryształu germanu. Odznaczają się niskim spadkiem napięcia w kierunku przewodzenia
(0,2 V) i małą odpornością na wysoką temperaturę.

b)     Krzemowe - są to diody półprzewodnikowe, których materiałem półprzewodnikowym jest krzem. Produkowanych jest wiele typów i rodzajów diod krzemowych.

c)      Zenera.

1.2.            Diody Zenera

Dioda Zenera – odmiana diody półprzewodnikowej, której głównym parametrem jest napięcie przebicia złącza p-n. Po przekroczeniu napięcia przebicia ma miejsce nagły, gwałtowny wzrost prądu. W kierunku przewodzenia (anoda spolaryzowana dodatnio względem katody) zachowuje się jak normalna dioda, natomiast przy polaryzacji zaporowej (katoda spolaryzowana dodatnio względem anody) może przewodzić prąd po przekroczeniu określonego napięcia na złączu, zwanego napięciem przebicia. Przy niewielkich napięciach (do ok. 5 V) podstawową rolę odgrywa zjawisko Zenera, w zakresie od 5 do 7 V zjawisko Zenera i przebicie lawinowe, a powyżej 7 V – wyłącznie przebicie lawinowe. Napięcie przebicia jest praktycznie niezależne od płynącego prądu i zmienia się bardzo nieznacznie nawet przy dużych zmianach prądu przebicia (dioda posiada w tym stanie niewielką oporność dynamiczną).

1.3.            Tranzystory

Tranzystory są urządzeniami półprzewodnikowymi umożliwiającymi sterowanie przepływem dużego prądu, za pomocą prądu znacznie mniejszego. Wykorzystuje się je do wzmacniania małych sygnałów oraz przetwarzania informacji w postaci cyfrowej. Nazwa "tranzystor" pochodzi z połączenia słów transfer i rezystor. Pierwszy tranzystor, zbudowany został w 1948 roku metodą ostrzową. Jego konstruktorami byli J. Bardeen oraz W.H. Brattain. Pierwszy tranzystor bipolarny zbudował rok później inny amerykański fizyk - W.B. Shockley. Cała ta trójka za wynalezienie tranzystora otrzymała w 1956 roku Nagrodę Nobla.

Nazwa bipolarne dotyczy tranzystorów, w których transport ładunków odbywa się za pośrednictwem obu rodzajów nośników jakie istnieją w półprzewodniku, tzn. elektronów i dziur. Półprzewodniki, w których na skutek nieregularności sieci krystalicznej przeważają nośniki typu dziurowego nazywa się półprzewodnikami typu p (niedomiarowymi), gdy przeważają nośniki elektronowe nazywa się je półprzewodnikami typu n (nadmiarowymi). Tranzystor bipolarny składa się z trzech obszarów półprzewodnika o przeciwnym typie przewodnictwa, co powoduje powstanie dwóch złączy: p-n i n-p.

Zasada działania tranzystora bipolarnego omówiona zostanie na podstawie tranzystora NPN:

Przez złącze BE tranzystora npn przepływają nośniki większościowe ładunku, w tym przede wszystkim elektrony swobodne z emitera (typ n) do bazy. Również dziury z obszaru bazy (typ p) przepływają przez złącze do emitera. Prąd dziurowy jest znacznie mniejszy ze względu na mniejszą liczbę dziur, wynikającą z mniejszej objętości emitera. Mniejsza część elektronów swobodnych po osiągnięciu obszaru bazy wypełnia istniejące tam dziury, czyli podlega procesowi rekombinacji. Znacznie większa część elektronów swobodnych po znalezieniu się w obszarze bazy jest przyciągana przez kolektor i przepływa przez złącze BC spolaryzowane zaporowo, tak jak własne nośniki mniejszościowe bazy. Wypływające z emitera elektrony swobodne tworzą prąd emitera IE, który rozdziela się w obszarze bazy na mały prąd bazy IB i duży prąd kolektora IC.

2.     Opis ćwiczenia

2.1

2.2

W zakresie od 0 do 10 V prąd nie płynie.

              2.3

              2.4

              W zakresie od 0 do 10V prąd nie płynie.

              2.5

2.6