Mérési utasítás A mérés célja: Diódák statikus mérésén keresztül megismerkedni azok felhasználhatóságával, tulajdonságaival. A mérés során el kell készíteni különböző félvezető diódák karakterisztikájának felvételét. A mérendő objektumok: kisáramú pn-dióda, LED, Zener-dióda. A felhasznált mérőműszerek: • Csoport egyik felének o Statikus mérőpanel o Kézi multiméter o Telepes hálózati adapter • Csoport másik felének o Alkatrészek o Elvis mérőrendszer A végrehajtandó feladatok: 1. A kapcsolási vázlatnak megfelelően állítsa össze a mérést.
Di +5V
680ohm
Udi 1K Ground 2. Dióda karakterisztika felvétele. A BAY43 típusú szilícium egyenirányító dióda az Udi és GND pontok között helyezkedik el, az áram-meghajtást (mindig ilyet kell alkalmazni!) a vele sorban levő, a Di és Udi pontok között levő 680 Ω értékű ellenállás valósítja meg. A diódán folyó áram így Id =(Di-Udi)/680Ω, a diódán levő feszültség pedig Udi. A statikus karakterisztika ezen két mennyiség ábrázolása különböző értékpárokra. A mérés menete: - kössük össze az U1 és Di pontokat, - helyezzük a panelt feszültség alá (bedugva a hálózati adaptert), - ellenőrizzük a bejövő feszültséget az Utelep ponton (célszerűen kb. 5V kell legyen), - állítsunk be valamilyen feszültséget a P1 (baloldali) potencióméterrel, - mérjük meg a Di és Udi pontok feszültségét (a multiméter földje legyen mindig összekötve a panel közös földpontjával!), - számítsuk ki a dióda áramát,
-
jegyezzük fel a kapott Id …Udi értékpárt, állítsunk be a potenciométerrel más Di feszültségeket és ismételjük meg az értékpárok meghatározását, legalább 10 pontban, az Id =0,1-10mA tartományban, lehetőleg egyenletesen elosztva, ábrázoljuk excel program segítségével a kapott pontokat és ennek közelítéseként szerkesszük meg a dióda egytöréspontos karakterisztikáját. Határozzuk meg a dióda egyenletét! Határozzuk meg a nyitófeszültséget!
3. A kapcsolási vázlatnak megfelelően állítsa össze a mérést.
LED +5V
680ohm
Uled 1K Ground 4. LED karakterisztika felvétele. A fénykibocsátó dióda az Uled és GND pontok között helyezkedik el, az áram-meghajtást (mindig ilyet kell alkalmazni!) a vele sorban levő, a LED és Uled pontok között levő 680 Ω értékű ellenállás valósítja meg. A diódán folyó áram, az előzőhöz hasonlóan, Id =(LED - Uled)/680 Ω, a dióda levő feszültség pedig Uled. A mérés kezdetén az U1 és LED pontokat kell összekötni. A továbbiakban a mérés menete teljesen hasonló az előbbihez. Mérés közben figyeljük a kibocsátott fény intenzitását. A mérés menete: - kössük össze az U1 és LED pontokat, - helyezzük a panelt feszültség alá (bedugva a hálózati adaptert), - ellenőrizzük a bejövő feszültséget az Utelep ponton (célszerűen kb. 5V kell legyen), - állítsunk be valamilyen feszültséget a P1 (baloldali) potencióméterrel, - mérjük meg a DLED és Uled pontok feszültségét (a multiméter földje legyen mindig összekötve a panel közös földpontjával!), - számítsuk ki a dióda áramát, - jegyezzük fel a kapott Id …Udi értékpárt, - állítsunk be a potenciométerrel más Di feszültségeket és ismételjük meg az értékpárok meghatározását, legalább 10 pontban, az Id =0,1-10mA tartományban, lehetőleg egyenletesen elosztva, - ábrázoljuk excel program segítségével a kapott pontokat és ennek közelítéseként szerkesszük meg a LED egytöréspontos karakterisztikáját. - Határozzuk meg a LED egyenletét! - Határozzuk meg a nyitófeszültséget!
5. A kapcsolási vázlatnak megfelelően állítsa össze a mérést.
Zen +5V
360ohm
Uz 1K Ground 6. mérés. Zener-dióda karakterisztika felvétele. A 4,7V-os feszültség-stabilizáló dióda az Uz és GND pontok között helyezkedik el, az áram-meghajtást (mindig ilyet kell alkalmazni!) a vele sorban levő, a ZEN és Uz pontok között levő 360Ω Ω értékű ellenállás valósítja meg. A mérés kezdetén az U1 és ZEN pontokat kell összekötni. A továbbiakban a mérés menete, beleértve a dióda-áram kiszámítását és a karakterisztika-pontok felvételét, teljesen hasonló az előbbihez. A mérés menete: - kössük össze az U1 és Zen pontokat, - helyezzük a panelt feszültség alá (bedugva a hálózati adaptert), - ellenőrizzük a bejövő feszültséget az Utelep ponton (célszerűen kb. 7V kell legyen), - állítsunk be valamilyen feszültséget a P1 (baloldali) potencióméterrel, - mérjük meg a Dzen és Uz pontok feszültségét (a multiméter földje legyen mindig összekötve a panel közös földpontjával!), - számítsuk ki a dióda áramát, - jegyezzük fel a kapott Iz …Uz értékpárt, - állítsunk be a potenciométerrel más Dz feszültségeket és ismételjük meg az értékpárok meghatározását, legalább 10 pontban, az Iz =0,1-10mA tartományban, lehetőleg egyenletesen elosztva, - ábrázoljuk excel program segítségével a kapott pontokat és ennek közelítéseként szerkesszük meg a dióda egytöréspontos karakterisztikáját. - Határozzuk meg a dióda egyenletét! - Határozzuk meg a letörési felszültséget! Mérési jegyzőkönyv: A mérés körülményeit rögzítése elektronikus jegyzőkönyvben és a BAY41, a LED és Zener-dióda I(U) karakterisztikáját pedig EXCEL program segítségével rajzolja fel. Az EXCEL program „Trendvonal” menüpontjának segítségével kell meghatározni a mért karakterisztikát zárt alakban, és összevetni az előadáson tanultakkal. A karakterisztikákat is tartalmazó elektronikus jegyzőkönyvet elektronikus levélben a címemre (
[email protected]) a tárgy rovatban „DIÓDA MÉRÉS” megjelöléssel kérem a mérés napján.
Ellenőrző kérdések: • Mi a munkapont? • Mi a munkaegyenes • Mekkora maximális árammal végezhetjük a mérést? • Mi a félvezető? • Elektromos szempontból milyen tulajdonságokkal rendelkeznek a félvezetők? • Mi a szennyezés? • Mikor beszélünk p típusú szennyezésről? • Mi a diffúzió jelensége? • Indokolja meg a dióda-karakterisztika alakját! • Mi a küszöb feszültség? • Mi a lyuk fogalma? • Mi a potenciál gát? • Hogyan működik a lyuk vezetés? • Hol alkalmazzák a Zener-diódát? • Milyen félvezetőből készíthető LED? • Mi a LED működésének alapja?
Mérési segédletek I. A statikus mérőpanel A statikus mérőpanel, amelyet az alábbi ábra szemléltet, 7 db. félvezető eszköz statikus karakterisztikájának felvételére szolgál. A panelen a 7 eszköz, valamint két potencióméterrel (Potm1 és Potm2) szabályozható feszültség-forrás Utelep
470µ
Adapt
22K
150
Uz
Uth
Ub
Uc
GND
BC182 Termisztor
Ug
OPT1
OPT 2.4K
470
Uled
100
360
Udi
Z4.7
680
Therm
U2
680
LED
U1 gg 150
15Ω
Graetz egyenirányító
680
Di
Potm2
Potm1
csatlakozó
Ud
Uin
Uout
IRF740
Optovilla
helyezkedik el, amelyeket külső vezetékekkel kell az éppen mérni kívánt eszközhöz csatlakoztatni. A csatlakoztatás a feliratokkal ellátott tüskéken keresztül történik, ilyenek segítségével csatlakoztatható a DC feszültségmérő műszer is. A panel DC bemenő-feszültsége az Utelep tüskén mérhető meg (értéke 6-8V között kell legyen), a két szabályozható feszültség az U1 ill. U2 tüskékről vehető le. Vigyázat: sohasem mérjünk ellenállás-értéket, ha a panel feszültség alatt van! II. Az EXCEL program használata 1.) Két egymás melletti oszlopban tüntetjük fel a mért feszültség és áramerősség értékeket. 2.) A mért értékeket kijelöljük majd a diagram varázsló segítségével X-Y karakterisztikában tüntetjük fel. 3.) Az elkészült diagram adatsor vonalára kattintva a menüből kiválasztjuk a trendvonal menüpontot, és ennek segítségével meghatározzuk a mért görbe exponenciális közelítését. Az egyebek fülön jelöljük meg „az egyenlet látszik a diagramon” választómezőt.
