ZADÁNÍ: 1. Změřte závislost odporu napěťově závislého odporu na přiloženém napětí. 2. Změřte V-A charakteristiku Zenerovy diody v propustném i závěrném směru. 3. Změřte stabilizační a zatěžovací charakteristiku parametrického stabilizátoru napětí se Zenerovou diodou a ve stabilizační oblasti určete vnitřní R i a činitel stabilizace p u daného stabilizátoru. 4. Změřte závislost kapacity varikapu na přiloženém stejnosměrném napětí. 5. Změřte V-A charakteristiku LED diody. Zapojte LED diodu jako indikátor napětí 12V. 6. U všech polovodičových prvků zjistěte z katalogu jejich základní parametry. Všechny naměřené závislosti zpracujte graficky. 7. Dokažte že VA charakteristika Si diody v propustném směru je exponenciála daná rovnicí IF = I0 e
au
i F
.
ÚVOD: Parametrický stabilizátor napětí Při menším odběru a při nepříliš přísných požadavcích na stabilizaci je možné použít stabilizátor se stabilizační (Zenerovou) diodou. Zásadní nevýhodou těchto stabilizátorů je, že nelze přesně nastavit výstupní napětí, které závisí na použité stabilizační diodě. Při návrhu stabilizátoru je zapotřebí uvažovat teplotní závislost napětí stabilizační diody a popřípadě ji kompenzovat například připojením několika křemíkových diod do série. Varistor Varistor nebo-li napěťově závislý odpor je nelineární odporový jednobran. Jeho VA charakteristika je křivka symetrická podle počátku. Charakteristika se vyznačuje přibližně lineárním úsekem kolem počátku, dále pak při určitém dostatečně velkém napětí dochází k prudkému vzrůstu proudu. Varikap Je to křemíková plošná dioda,využívající skutečnost, že přechod PN má v závěrném směru určitou kapacitu. Tato dioda pracuje jako reaktanční jednobran, jejíchž kapacitu lze řídit závěrným napětím UR . LED dioda Nebo také luminiscenční dioda - je-li přechod PN napájen v propustném směru, dochází k rekombinaci nosičů proudu injektovaných přechodem do krystalu. U některých krystalů může být jev doprovázen též vyzářením fotonu. Pokud elektron při zářivém přechodu předá fotonu energii v rozmezí 1,7 až 3 eV, je emitováno záření v oblasti viditelného světla. Materiály používané pro výrobu těchto diod jsou např. GaAsP,GaAlAs,ZnTeSe atd. Vlastnosti jsou obdobné jako u normálních polovodič. diod a účinnost se pohybuje podle použitého materiálu v rozmezí 0,005 a 15%.
Zenerova dioda Zenerova dioda,nazývaná těž jako stabilizační,je plošná polovodičová součástka s přechodem PN, v které se speciálním technologickým způsobem vytvoří v závěrném směru oblast,kde při dosažení určitého napětí (toto napětí dosahuje hodnoty 5až 6V) nastane prudký nárůst proudu. Tento jev se nazývá Zenerovým jevem a napětí,při kterém dochází k takovémuto nárůstu proudu se označuje jako Zenerovo napětí.
SCHÉMA:
1. Napěťové závislý odpor 2. Zenerova dioda a) propustný směr
3. Parametrický stabilizátor
b) závěrný směr
4. Varikap
5. LED Dioda
POPIS MĚŘENÍ: 1. Napětí zdroje postupně zvyšujeme a odečítáme proud tekoucí napěťově závislým odporem (NZO). Z naměřených hodnot vypočítáme podle ohmova zákona odpor R. Závislost R=f(U) vyneseme do grafu. 2. V-A metodou změříme Zenerovu diodu v propustném směru zapojení AVAL, v závěrném směru v zapojení AMONT. Při měření v závěrném smeru zvyšujeme nejprve napětí po určitých hodnotách a odečítáme příslušná napětí. Naměřené hodnoty vyneseme do grafu. 3. Zapojíme dle schématu. Napětí zdroje volíme dva až dvaapůlnásobek napětí U2 . Při tomto napětí nastavíme hodnotu RS takovou, aby při odpojené zátěži protékal Zenerovou diodou proud blízký maximální hodnotě. Pak připojíme zátěž a postupným snižováním jejího odporu zvyšujeme odebíraný proud. Do tabulky zapisujeme velikost odebíraného proudu a velikost stabilizovaného napětí. Vstupní napětí udržujeme po celou dobu měření konstantní. Závislost U2 = f(I2) zpracujeme graficky. Ve střední části zatěžovací charakteristiky určíme Ri stabilizátoru podle vztahu: ∆U2 Ri = ∆I2 Pro střední hodnotu stabilizovaného proudu změříme stabilizační charakteristiku U2 = f(U1). Při zvyšování napětí U1 dbáme, abychom nepřekročili maximální
dovolený proud Zenerovou diodou. Činitel stabilizace určíme ve střední části stabilizační charakteristiky podle vztahu: ∆U1 U2 pU = ⋅ ∆U2 U1 4. Napětí na varikapu přivádíme v závěrném směru,jeho hodnotu postupně zvyšujeme a LC měřičem měříme příslušnou kapacitu diody. Naměřenou závislost C = f(U) vyneseme do grafu. 5. Napětí ze zdroje zvyšujeme od nuly a odečítáme proud a napětí na LED diodě. Závislost IF = f(UF) vyneseme do grafu. Nepřekročíme IFmax. Zapojíme LED diodu jako indikátor napětí 12V pro Id = IFjmen. Schéma zapojení zakreslíme. 7. Pro VA charakteristiku Si diody platí tzv.diodová rovnice: U I = I0 ⋅ (exp F − 1) UT kde I0 je zbytkový zdrojový proud při závěrné polarizaci a U T tzv teplotní napětí (pro T = 20°C je U T ≅ 26mV ). Pro U >> U T lze diodovou rovnici zjednodušit: U 1 I = I0 ⋅ exp F ; pro = a UT UT I = I0 ⋅ exp a ⋅ UF ; I0 - v katalogu označen IRM Vypočtěte a sestrojte teoretickou VA char. měřené ZN.
NAMĚŘENÉ A VYPOČTENÉ VÝSLEDKY: 1) Napěťově závislí odpor Tabulka č. 1 – Napěťově závislý odpor U[V] 152 180 210 240 265 280 300 340 360 369 370 382 400 425 449 1 2,8 7 15 26,8 39,8 56 118 166 192,6 200 240 319 466 654 I[µA] 1,9 1,8 1,5 1,2 0,91 0,68 R[MΩ] 152 64,2 30 16 9,8 7,0 5,3 2,8 2,1 2) Zenerova dioda - z časových důvodů jsme neměřili Zenerovu diodu v propustném směru. Tabulka č. 2 – KZ260/6V2 v propustném směru UR[V] -5 -6 -6,24 -6,27 -6,28 -6,31 -6,35 -6,48 -6,56 -6,63 -6,7 -6,77 -6,82 -6,96 IR[mA] -0,00 -0,05 -2,4 -5,2 -6,9 -9,4 -13 -32,1 -43,8 -53,9 -63,6 -72,5 -80 -99,6 3) Parametrický stabilizátor Tabulka č. 3 – Zatěžovací charakteristika s KZ260/6V2 I2[mA] 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 81 88 U2[V] 5,87 5,85 5,83 5,8 5,78 5,75 5,72 5,69 5,6 4,98 3,71 2,48 1,13 0,2 Tabulka č. 4 – Stabilizační charakteristika s KZ260/6V2 U1[V] 7 8 9 10 11 12 13 14 U2[V] 4,16 5,07 5,7 5,79 5,86 5,94 6,03 6,11
- vnitřní odpor R i =
0,6 ∆U = = 8,6Ù ∆I 0,07
- činitel stabilizace p u =
5 9,8 ∆U1 U1 ⋅ = ⋅ = 21 ∆U 2 U 2 0,4 5,8
4) Varikap
UR[V] C[pF]
Tabulka č. 5 – Závislost kapacity KA202 na napětí 0 1 2 3 4,5 6 9 12 14 16 18 52 46 42 39 33 29 26 24 22 21 20
20 19
5) LED dioda
U[V] I[mA]
Tabulka č. 6 – VA charakteristika LQ1111 0 1,468 1,494 1,521 1,546 1,571 1,586 1,594 1,606 0 0,5 1 2 4 8 12 15 20
LED jako indikátor napětí 12V - zvolíme si proud, který má procházet diodou: ID = 20mA - musíme zapojit do série s diodou rezistor, abychom omezili proud: U − U D 12 − 1,606 R= = = 520Ù ID 20 ⋅ 10 −3 6) Katalogové hodnoty KZ260/6V2
KA202
LQ1111
-max. IZ = 180mA -max. Pd = 1,3W -UZ = 5,8 – 6,6V - IZ = 100mA
-max. UR = 20V -Cd =(25-50)pF -f = 0,5MHz
-max. IF = 30mA -max. UR = 5V -max. IR = 100µA
7) Křemíková dioda K teoretickému sestrojení VA charakteristiky jsme použili křemíkovou diodu KA206. Její údaje: - maximální proud IF = 75mA - maximální napětí UR = 50V - IRm = 5µA
ZÁVĚR:
U měření úlohy č. 2 jsme použili špatný ampérmetr ( uveden pod názvem Av). Proto výsledek této úlohy nemusí být správný. V ostatních úlohách nebyl již ampérmetr Av použit. Kvůli nedostatku času jsme nestihli změřit Zenerovu diodu v propustném směru.
R[M ]
Charakteristika napěťově řízeného odporu 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 150
200
250
300 U[V]
350
400
450
KZ260/6V2 - charakteristika v závěrném směru -8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
IR[mA]
0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -100
UR[V]
KZ260/6V2 - zatěžovací charakteristika 7 U
6
U2 [V]
5 4 3 2 1 ∆Ι
0 0
10
20
30
40
50
I2 [mA]
60
70
80
90
100
C[pF]
Charakteristika varikapu 60 50 40 30 20 10 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
UR [V]
LQ1111- charakteristika v propustném směru 20
IF [mA]
15 10 5 0 0
0,25
0,5
0,75 1 UF [V]
1,25
1,5
1,75
KA206 - teoretická VA charakteristika 80 70 60
I[mA]
50 40 30 20 10 0 0
0,05
0,1
0,15 U[V]
0,2
0,25
0,3
