1
Pracovn´ı u ´ kol 1. Zmˇeˇrte voltamp´erovou charakteristiku vakuov´e diody (EZ 81) pomoc´ı zapisovaˇce 4106. 2. Zmˇeˇrte voltamp´erovou charakteristiku Zenerovy diody (KZ 703) pomoc´ı pˇrevodn´ıku UDAQ1408E. 3. Pro Zenerovu diodu urˇcete jej´ı dynamick´ y vnitˇrn´ı odpor v propustn´em smˇeru pˇri proudu 200 mA a v z´ avˇern´em smˇeru pro proud 400 mA. 4. Urˇcete odpov´ıdaj´ıc´ı Zenerovo napˇet´ı UZ . 5. Zakreslete do VA charakteristiky zatˇeˇzovac´ı pˇr´ımku pro napˇet´ı zdroje U1 = -9 V a proud I = 400 mA. 6. Sestavte stabiliz´ ator napˇet´ı a ovˇeˇrte jeho funkci.
2 2.1
Teoretick´ yu ´ vod Vakuov´ a dioda
Vakuov´ a dioda je vzduchopr´ azdn´ a sklenˇen´a baˇ nka se dvˇema elektrodami: anodou a katodou. V propustn´em smˇeru lze z´ avislost anodov´eho proudu na anodov´em napˇet´ı pˇribliˇznˇe popsat Langmuirov´ ym tˇr´ıpolovinov´ ym vztahem, Ia = aU 3/2
(1)
kde a je konstanta, kter´ a z´ avis´ı na geometrick´em uspoˇr´ad´an´ı elektrod. Velikost emisn´ıho proudu z katody je d´ana Richardson-Dushmanov´ ym z´akonem, I = SAT 2 e
−w0 kT
(2)
kde A, w0 jsou konstanty dan´e materi´ alem katody, S je plocha katody, k je Boltzmannova konstanta a T je teplota. Z toho plyne, ˇze v lev´em ε-okol´ı nulov´eho napˇet´ı poteˇce obvodem nenulov´ y proud. Zenerova dioda je konstruov´ ana tak, aby v z´avˇern´e ˇc´asti mohlo doch´azet k nedestruktivn´ımu pr˚ urazu, pˇri kter´em diodou zaˇcne proch´azet relativnˇe velk´ y proud pˇri t´emˇeˇr konstantn´ım napˇet´ı. Dynamick´ y vnitˇrn´ı odpor diody urˇcuje z´avislost v´ ystupn´ıho napˇet´ı U0 na odeb´ıran´em proudu I0 (v pracovn´ım bodˇe). U0 (3) R= I0
3 3.1
Mˇ eˇ ren´ı Vakuov´ a dioda EZ81
Pro mˇeˇren´ı vakuov´e diody v propustn´em smˇeru bylo pouˇzito zapojen´ı na obr´azku 1. Velikost ˇ ala zapisovaˇce na ose X byla 1 V/cm, na ose Y mˇern´eho rezistoru byla R = (10, 00 ± 0, 01) Ω. Sk´ byla 100 mV/cm (10 mA/cm). Pro mˇeˇren´ı v z´ avern´em smˇeru bylo zapojen´ı jako na obr´azku 2. Velikost mˇern´eho rezistoru z˚ ustala R = (10, 00 ± 0, 01) Ω, ˇsk´ aly na os´ach zapisovaˇce byly pro osu X 200 mV/cm, pro osu Y 0,5 mV/cm. Graf ze zapisovaˇce je v pˇr´ıloze A, charakteristika namˇeˇren´a A/D pˇrevodn´ıkem UDAQ-1408E je na obr´ azc´ıch 3, ??.
1
Obr´ azek 1: Sch´ema zapojen´ı vakuov´e diody pro mˇeˇren´ı v propustn´em smˇeru.
Obr´ azek 2: Sch´ema zapojen´ı vakuov´e diody pro mˇeˇren´ı v z´avˇern´em smˇeru.
3.2
Zenerova dioda KZ703
Pro mˇeˇren´ı VA charakteristiky Zenerovy diody byl pouˇzit A/D pˇrevodn´ık UDAQ-1408E. Obvod byl pro mˇeˇren´ı v propustn´em smˇeru zapojen podle sch´ematu obr´azku 5, pro mˇeˇren´ı v z´avˇern´em smˇeru podle obr´ azku 6. Namˇeˇren´ a VA charakteristika je na obr´azku 7. Dynamick´ y vnitˇrn´ı odpor diody KZ703 v propustn´em smˇeru pro proud Iz = 200 mA je Rd = UI00 = (3, 3 ± 0, 1) Ω. V z´avˇern´em smˇeru je pro proud Iz = -400 mA dynamick´ y vnitˇr. odpor Rd = (16, 8 ± 0, 5) Ω. Line´ arn´ı oblast v z´ avˇern´em smˇeru lze popsat z´avislost´ı I = a(U − Uz ). Z t´eto z´avislosti se urˇc´ı Zenerovo napˇet´ı Uz = (−6, 86 ± 0, 05)V , kde chyba je chybou line´arn´ı regrese. Zapojen´ı stabiliz´ atoru napˇet´ı je nakresleno na obr´azku 8. Namˇeˇren´e hodnoty prot´ekaj´ıc´ıho proudu a napˇet´ı na diodˇe jsou uvedeny v tabulce 1. Napˇet´ı zdroje bylo mˇereno digit´aln´ım voltmetrem Mastech MY-68, napˇet´ı na diodˇe digit´aln´ım voltmetrem Mastech MY-65 a prot´ekaj´ıc´ı proud byl mˇeˇren ruˇckov´ ym miliamp´ermetrem s tˇr´ıdou pˇresnosti 0,5. U0 [V] (±0, 7%) 9,0 9,42 10,0 11,0 12,0
UZ [V] (±0, 1%) 7,1 7,1 7,1 7,1 7,2
I [mA] (±6mA) 330 400 500 600 830
Tabulka 1: Hodnoty namˇeˇren´e na stabiliz´atoru napˇet´ı pro zadan´ y rozsah vstupn´ıho napˇet´ı.
2
Obr´ azek 3: VA charakteristika vakuov´e diody EZ81 v propustn´em smˇeru.
4
Diskuze
Ve VA charakteristice vakuov´e diody v z´avˇern´em smˇeru je v okol´ı nulov´eho napˇet´ı patrn´ y proud nˇekolik des´ıtek µA, zp˚ usoben´ y termoemis´ı elektron˚ u. V propustn´em smˇeru se namˇeˇren´a kˇrivka pˇribliˇznˇe shoduje s tˇr´ıpolovinov´ ym z´ akonem. Hodnoty namˇeˇren´e na stabilizaˇcn´ım obvodu odpov´ıdaj´ı v r´amci tolerance souˇc´astky oˇcek´av´an´ı, stabilizovan´e napˇet´ı ˇcin´ı pˇribliˇznˇe 7 V.
5
Z´ avˇ er
VA charakteristika vakuov´e diody EZ 81 je zn´azornˇena na obr´azc´ıch 3, 4 a v pˇr´ıloze A. VA charakteristika Zenerovy diody KZ 703 je zn´azornˇena na obr´azku 7. Dynamick´ y odpor po proud I = 200 mA ˇcin´ı Rd,200mA = (3, 3 ± 0, 1) Ω pro proud I = -400 mA Rd = (16, 8 ± 0, 5) Ω Zjiˇstˇen´e Zenerovo napˇet´ı je Uz = (−6, 86 ± 0, 05)V ˇ Cinnost stabilizaˇcn´ıho obvodu byla u ´spˇeˇsnˇe ovˇeˇrena.
3
Obr´ azek 4: VA charakteristika vakuov´e diody EZ81 v z´avˇern´em smˇeru.
Literatura [1] Studijn´ı text k Praktiku II http://physics.mff.cuni.cz/vyuka/zfp/txt 211.pdf
4
Obr´ azek 5: Sch´ema zapojen´ı Zenerovy diody pro mˇeˇren´ı v propustn´em smˇeru.
Obr´ azek 6: Sch´ema zapojen´ı Zenerovy diody pro mˇeˇren´ı v z´avˇern´em smˇeru.
5
Obr´ azek 7: VA charakteristika Zenerovy diody KZ703.
Obr´ azek 8: Sch´ema zapojen´ı stabiliz´atoru napˇet´ı.
6
