Własności i zastosowania diod półprzewodnikowych

Pracownia Elektroniczna
Instytut Fizyki Doświadczalnej UG
Własności i zastosowania diod półprzewodnikowych
1. Czas trwania: 6h
2. Cel ćwiczenia
• Badanie charakterystyk prądowo-napięciowych różnych typów diod półprzewodnikowych.
• Montaż i badanie wybranych układów, w których wykorzystywane są diody
półprzewodnikowe.
3. Wymagana znajomość pojęć
• zasada działania diody prostowniczej, Zenera, LED,
• zasada działania transformatora,
• połówkowy układ prostujący,
• dwupołówkowy układ prostujący,
• układ Greatz’a,
• stabilizator z diodą Zenera,
• ogranicznik diodowy,
• wartość średnia, skuteczna, chwilowa,
• konstrukcja zasilacza bazującego na scalonych stabilizatorach serii 78 i 79.
4. Zadania pomiarowe
4.1. Pomiar charakterystyk prądowo-napięciowych diody.
W układzie przedstawionym na rys. 1 pomierzyć charakterystyki diody prostowniczej (1), diody
LED (2) i diody Zenera (3) metodą punkt po punkcie. W kierunku przewodzenia należy
pamiętać, aby nie został przekroczony maksymalny, nominalny prąd, a w kierunku zaporowym
zastosować rezystor 1MΩ tak, aby możliwy był pomiar prądu. W przypadku diody Zenera
pomiar należy przeprowadzić również w zakresie polaryzacji wstecznej aż do uzyskania
przebicia Zenera. Wyniki pomiarów zanotować w tab. 1, wykreślić charakterystyki diod,
zaznaczyć obszary przewodzenia i zaporowy. Porównać i skomentować otrzymane wyniki.
5kΩ
5..9V
5kΩ
5..9V
Rys. 1. Układy do pomiaru charakterystyk prądowo-napięciowych diod.
© J.J. Młodzianowski, 2003
Strona: 1(5)
Pracownia Elektroniczna
Instytut Fizyki Doświadczalnej UG
Uwe
UR
ID=UR/R
Tab. 1. Pomiar charakterystyk diod.
4.2. Ogranicznik diodowy.
Zrealizować ogranicznik diodowy o parametrach zadanych przez prowadzącego. Za pomocą
oscyloskopu zaobserwować jego działanie. Odrysować oscylogram. Jakie może być
zastosowanie takiego układu?
5kΩ
AC
Rys. 2. Układ do pomiaru ogranicznika diodowego.
4.3. Prostownik jednopołówkowy.
Zrealizować układy prostowników jednopołókowych pokazany na rys.3. Układy mają być
zasilane z transformatora sieciowego. Zaobserwować na oscyloskopie i odrysować przebiegi
napięć wejściowego i wyjściowego. UWAGA! Ponieważ transformator ma być zasilany z 220V,
w trakcie pomiarów, należy zastosować szczególną ostrożność.
D
D
Tr
220V
Tr
Ro
220V
Ro
Rys. 3. Prostownik jednopołówkowy.
4.4. Prostownik dwupołówkowy w układzie Greatz’a
Zrealizować układ prostownika dwupołówkowego pokazany na rys. 4. Zaobserwować na
oscyloskopie i odrysować przebiegi napięcia wejściowego i wyjściowego. Zwrócić uwagę na
© J.J. Młodzianowski, 2003
Strona: 2(5)
Pracownia Elektroniczna
Instytut Fizyki Doświadczalnej UG
wzajemne zależności czasowe przebiegów. UWAGA! Ponieważ transformator ma być zasilany z
220V, w trakcie pomiarów, należy zastosować szczególną ostrożność.
Tr
Tr
220V
220V
Ro
D
Ro
D
Rys. 4. Prostownik dwupołówkowy w układzie Greatz’a.
4.5. Prostownik z obciążeniem o charakterze pojemnościowym.
Zrealizować układy prostowników z filtrem pojemnościowym i obciążeniem R0 przedstawione
na rys. 5. Zmieniając wartości filtru pojemnościowego C przy stałej wartości rezystora R0
zmierzyć tętnienia i napięcie wyjściowe. Dołączając kondensator elektrolityczny należy
pamiętać o jego poprawnej polaryzacji. Wyniki zanotować w tab. 2. Określić różnice między
prostownikiem jedno i dwu połówkowym. UWAGA! Ponieważ transformator ma być zasilany z
220V, w trakcie pomiarów, należy zastosować szczególną ostrożność.
Tr
Tr
220V
C
Ro 220V
D
C
Ro
Rys. 5. Prostowniki z filtrem pojemnościowym.
C
UAC tętnień (2kΩ) UWY (2kΩ) UAC tętnień (10kΩ) UWY (10kΩ)
1µF
10µF
100µF
Tab. 2. Pomiar tętnień prostowników.
4.6. Podwajacz napięcia.
Zrealizować podwajacz napięcia pokazany na rys. 6, wyjaśnić i sprawdzić jego działanie.
UWAGA! Ponieważ transformator ma być zasilany z 220V, w trakcie pomiarów, należy
© J.J. Młodzianowski, 2003
Strona: 3(5)
Pracownia Elektroniczna
Instytut Fizyki Doświadczalnej UG
zastosować szczególną ostrożność.
Tr
220V
Wy
Rys. 6. Podwajacz napięcia.
4.7. Potrajacz napięcia.
Zrealizować potrajacz napięcia pokazany na rys. 7, wyjaśnić i sprawdzić jego działanie.
UWAGA! Ponieważ transformator ma być zasilany z 220V, w trakcie pomiarów, należy
zastosować szczególną ostrożność.
Wy
Tr
220V
Rys. 7. Potrajacz napięcia.
4.8. Stabilizator na diodzie Zenera.
Zrealizować i sprawdzić działanie układu stabilizatora na diodzie Zenera pokazany na rys. 8.
Na wejście układu należy podać z generatora stały sygnał Uo z nałożonym sygnałem zmiennym
o niewielkiej amplitudzie Ui.
R
U
Rys. 8. Stabilizator na diodzie Zenera.
© J.J. Młodzianowski, 2003
Strona: 4(5)
Pracownia Elektroniczna
Instytut Fizyki Doświadczalnej UG
4.9. Stabilizator scalony 78xx.
W układzie jak na rys. 9 zmierzyć charakterystykę prądowo-napięciową stabilizatora LM7805.
Na wejście układu należy podać z generatora stały sygnał Uo z nałożonym sygnałem zmiennym
o niewielkiej amplitudzie Ui. Porównać napięcia tętnień na wejściu i wyjściu stabilizatora
scalonego i na diodzie Zenera. Wyciągnąć wnioski.
7805
U
Rys. 9. Scalony stabilizator LM7805.
4.10. Zasilacz kalkulatorowy.
Zaprojektować i zrealizować i sprawdzić działanie układu zasilacza kalkulatorowego, którego
schemat przedstawiony jest na rys. 10. UWAGA! Ponieważ transformator ma być zasilany z
220V, w trakcie pomiarów, należy zastosować szczególną ostrożność.
Tr
220V
7805
D
C
C
Rys. 10. Zasilacz kalkulatorowy ze stabilizatorem LM7805.
5. Przyrządy
Zasilacz, transformator, generator, miernik uniwersalny, oscyloskop.
6. Literatura
P.Horowitz, W.Hill, „Sztuka elektroniki”, WKŁ 1995, ISBN 83-206-1128-8, Tom 1, str.55-64.
R.Śledziewski, „Elektronika dla fizyków”, PWN 1982, ISBN 83-01-04076-9, str.32-36, 55-62,
228-235.
© J.J. Młodzianowski, 2003
Strona: 5(5)