Upload
doancong
View
230
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Stredná priemyselná škola dopravná, Sokolská 911/94, 960 01 Zvolen
Kód ITMS projektu: 26110130667 Názov projektu: Zvyšovanie flexibility absolventov v oblasti dopravy
„Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“
UČEBNÉ TEXTY
Pracovný zošit č.9
Vzdelávacia oblasť: Moderné vzdelávanie pre vedomostnú
spoločnosť
Predmet: Elektrotechnické merania
Ročník, triedy: Tretí, triedy III B, III C
Tematický celok: Základné merania
Vypracoval: Ing. Alžbeta Kršňáková
Dátum: 10.2.2015
„Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“ Strana 2 z 16
Obsah
1. TEÓRIA: POLOVODIČE – DIÓDY, MERANIA NA DIÓDE.................................................................... 3
2. LABORATÓRNE CVIČENIE č.9: MERANIA NA DIÓDE.VERZIA UČITEĽ ............................................... 9
3. LABORATÓRNE CVIČENIE č.9: MERANIA NA DIÓDE. VERZIA ŽIAK ................................................ 13
4. POUŽITÉ ZDROJE ............................................................................................................................ 16
„Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“ Strana 3 z 16
MERANIE NA DIÓDE
1. TEÓRIA: POLOVODIČE – DIÓDY, MERANIA NA DIÓDE
Polovodič je látka, ktorá za normálnych okolností je nevodič a za určitých podmienok (zmena
teploty, zmena tlaku) vedie elektrický prúd.
Najpoužívanejšie polovodičové materiály sú kremík a germánium. Sú to štvormocné prvky čo
znamená, že v poslednej, valenčnej vrstve majú štyri elektróny.
Vodivosť polovodičových materiálov môže byť:
1. vlastná
2. nevlastná
1. Keď sa na vodivosti polovodičového materiálu zúčastňujú len vlastné nosiče náboja (elektróny
a diery), nazývame tento typ vodivosti polovodičového materiálu vlastnou vodivosťou.
2. Keď vodivosť polovodičového materiálu nie je závislá len od vlastných nosičov náboja,
uvoľnených vplyvom teploty alebo tlaku, ale aj od nosičov prímesí, nazývame tento typ
vodivosti nevlastnou vodivosťou.
Nevlastná vodivosť polovodičov môže byť:
nevlastná vodivosť typu P
nevlastná vodivosť typu N
V prípade trojmocnej prímesi ( B, In) pre prevládajúci počet dier ( plusový nosič)
zúčastňujúcich sa na vedení elektrického prúdu nazývame túto vodivosť nevlastnou vodivosťou typu
P.
Trojmocná prímes sa volá akceptor.
V prípade päťmocnej prímesi (P, Sb) pre prevládajúci počet elektrónov (mínusový nosič)
zúčastňujúcich sa na vedení elektrického prúdu, nazývame túto vodivosť nevlastnou vodivosťou typu N.
Päťmocná prímes sa volá donor.
Nosiče náboja, ktoré v materiáli prevládajú a určujú jeho vodivosť nazývame majoritnými
(väčšinovými).
Nosiče náboja, ktoré sa zúčastňujú na vedení elektrického prúdu menším podielom nazývame
minoritnými ( menšinovými).
Polovodičové prvky využívajú pre svoju činnosť vlastnosti priechodu P – N.
V elektronike sa používajú nasledovné polovodičové súčiastky:
diódy
tranzistory
tyristory
integrované obvody
„Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“ Strana 4 z 16
Polovodičová dióda využíva vlastnosť jedného P-N priechodu.
Tranzistor využíva vlastnosti dvoch P-N priechodov.
Tyristor má štvorvrstvovú štruktúru s tromi P-N priechodmi.
Rôzne druhy diód
Polovodičovými diódami nazývame polovodičové obvodové súčiastky, ktoré využívajú pri svojej
činnosti usmerňovacie účinky priechodu P-N.
Druhy diód z konštrukčno-technologického hľadiska:
hrotová dióda plošná dióda štvorvrstvová dióda dióda s privareným hrotom
Z funkčného hľadiska diódy sú:
usmerňovacia dióda demodulačná dióda spínacia dióda stabilizačná dióda lavínová dióda Schottkyho dióda kapacitná dióda (varikap a varaktor) tunelová dióda (Esakiho dióda) luminiscenčná dióda (LED)
„Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“ Strana 5 z 16
fotodióda laserová dióda magnetodióda
Polovodičová dióda je dvojpólová súčiastka.
Má dve elektródy
anódu + (A)
katódu - (K)
A (+) K (-)
Polovodičová dióda pre svoju činnosť využíva priechod P-N, alebo Schottkyho kontakt
(polovodič – kov). Tento priechod má usmerňovaciu vlastnosť ( jednosmernú vodivosť), ktorú
vyjadruje aj schematická značka diódy, ktorá pripomína šípku ukazujúcu smer tečenia prúdu
pretekajúceho cez priechod polarizovaný vonkajším napätím v priamom (priepustnom) smere.
P – N priechod v priamom (priepustnom) smere
Štrukturálna schéma zapojenia diódy Schematické zapojenie diódy v priamom
smere
v priamom smere
Dióda je zapojená v priamom (priepustnom) smere ak po pripojení jednosmerného napätia
sú majoritné nosiče v oboch oblastiach odpudzované vonkajším napätím cez P – N priechod, ktorý pre
majoritné nosiče predstavujú malý odpor a preto ním tečie veľký prúd majoritných nosičov
(v rozmedzí mA – A).
„Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“ Strana 6 z 16
P – N priechod v spätnom (závernom) smere
Štrukturálna schéma zapojenia diódy Schematické zapojenie diódy v spätnom
v spätnom (závernom) smere (závernom) smere
Dióda je zapojená v spätnom (závernom) smere ak po pripojení jednosmerného napätia sú majoritné
nosiče priťahované smerom k svorkám zdroja, teda neprechádzajú cez priechod P –N, ktorý pre
majoritné nosiče predstavuje veľký odpor, v dôsledku čoho obvodom netečie prúd majoritných
nosičov.
Volt ampérová charakteristika diódy poskytuje základnú informáciu o vlastnostiach diódy. Je to
závislosť prúdu IA pretekajúceho diódou od jednosmerného napätia UAK, ktoré pôsobí medzi jej
anódou a katódou.
Schéma zapojenia na meranie volt ampérovej charakteristiky diódy
Pripojenie elektród diódy na svorky zdroja podľa: 1 – priepustný stav
2 – nepriepustný stav
„Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“ Strana 7 z 16
Volt ampérová charakteristika usmerňovacej diódy
Veličiny v priamom ( priepustnom) smere sa označujú indexom F, f.
Veličiny v spätno ( závernom) smere sa označujú indexom R, r.
V katalógu polovodičových prvkov sú uvedené dôležité informácie,ako napr.
priepustný prúd
neopakovateľný priepustný prúd
prahové napätie
diferenciálny odpor
špičkové záverné napätie
opakovateľné záverné napätie...
Volt ampérové charakteristiky rôznych diód:
„Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“ Strana 8 z 16
Volt ampérová charakteristika usmerňovacej diódy
Volt ampérová charakteristika stabilizačnej diódy
„Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“ Strana 9 z 16
Volt ampérová charakteristika kapacitnej diódy
Volt ampérová charakteristika tunelovej diódy
2. LABORATÓRNE CVIČENIE č.9: MERANIA NA DIÓDE.VERZIA
UČITEĽ
ZADANIE ÚLOHY: V katalógu súčiastok vyhľadajte typ predloženej diódy a vypíšte všetky
dôležité parametre potrebné pre meranie. Zrealizujte na nej meranie statickej volt ampérovej
charakteristiky. Z nameraných hodnôt nakreslite priebeh grafickej závislosti v priamom (priepustnom) a spätnom
(závernom) zapojení diódy. V zhodnotení merania identifikujte z odmeranej a graficky znázornenej
volt ampérovej charakteristiky druh meranej polovodičovej diódy z funkčného hľadiska. Z grafickej
závislosti odčítajte parametre meranej diódy a porovnajte ich s parametrami z katalógu.
SÚPIS PRÍSTROJOV: zdroj napätia –
potenciometer –
reostat –
voltmeter –
ampérmeter –
dióda – sem vypíšte typ a katalógové parametre meranej diódy
SCHÉMA ZAPOJENIA:
„Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“ Strana 10 z 16
POSTUP PRI MERANÍ:
- z katalógu polovodičových prvkov vyhľadajte a vypíšte potrebné parametre meranej
diódy,
- zapojte obvod podľa schémy zapojenia so zapojením diódy v priamom smere
(zapojenie 1),
- nastavte vhodné rozsahy meracích prístrojov,
- po kontrole zapojenia elektrického obvodu pripojte zdroj jednosmerného napätia,
- podľa druhu meranej diódy pomocou reostatu obmedzte veľkosť prúdu v priamom
smere,
- pomocou potenciometra zväčšujte napätie v obvode po 0,1 volte do obmedzenej
hodnoty elektrického prúdu v obvode,
- namerané hodnoty prúdu a napätia pre jednotlivé nastavenia zapíšte do tabuľky do
stĺpca priamy smer diódy,
- vykonajte zmenu v zapojení elektrického obvodu pre spätný smer (zapojenie 2),
- nastavte vhodné rozsahy meracích prístrojov,
- nastavte vhodné napäťové pomery pre meranie v spätnom smere,
- potenciometrom zvyšujte napätie v elektrickom obvode po 5 voltoch do maximálnej
hodnoty napätia zdroja,
- namerané hodnoty prúdu a napätia pre jednotlivé nastavenia zapíšte do tabuľky do
stĺpca spätný smer diódy,
- vypnite zdroj napätia, rozpojte elektrický obvod a uložte meracie prístroje a vodiče na
miesto,
- vypočítajte veľkosti nameraných hodnôt prúdu a napätia v priamom a spätnom smere
a vyplňte všetka riadky tabuľky,
- z nameraných hodnôt nakreslite v mierke statickú volt ampérovú charakteristiku
meranej diódy,
- z grafickej závislosti odčítajte charakteristické parametre meranej diódy a porovnajte
ich s katalógovými.
TABUĽKA NAMERANÝCH A VYPOČÍTANÝCH HODNȎT:
„Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“ Strana 11 z 16
Priamy smer diódy Spätný smer diódy
č.m. αI kI I[A] αU kU U[V] R[Ω] αI kI I[A] αU kU U[V]
1
2
3
4
5
6
7
8
VÝPOČET:
GRAFICKÁ ZÁVISLOSŤ:
„Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“ Strana 12 z 16
VYHODNOTENIE MERANIA:
Podľa tvaru volt ampérovej charakteristiky určte druh diódy a možnosť jej využitia v praxi.
Z nakreslenej statickej charakteristiky meranej diódy odčítajte hodnotu prahového napätia
a porovnajte z hodnotou uvedenou v katalógu.
Z hodnôt z charakteristiky vypočítajte veľkosť dynamického odporu a porovnajte ho
s katalógovou hodnotou.
„Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“ Strana 13 z 16
3. LABORATÓRNE CVIČENIE č.9: MERANIA NA DIÓDE. VERZIA
ŽIAK
ZADANIE ÚLOHY: V katalógu súčiastok vyhľadajte typ predloženej diódy a vypíšte všetky dôležité
parametre potrebné pre meranie. Zrealizujte na nej meranie statickej volt ampérovej charakteristiky.
Z nameraných hodnôt nakreslite priebeh grafickej závislosti v priamom (priepustnom) a spätnom
(závernom) zapojení diódy. V zhodnotení merania identifikujte z odmeranej a graficky znázornenej
volt ampérovej charakteristiky druh meranej polovodičovej diódy z funkčného hľadiska. Z grafickej
závislosti odčítajte parametre meranej diódy a porovnajte ich s parametrami z katalógu.
SÚPIS PRÍSTROJOV: zdroj napätia –
potenciometer –
reostat –
voltmeter –
ampérmeter –
dióda – sem vypíšte typ a katalógové parametre meranej diódy
SCHÉMA ZAPOJENIA:
POSTUP PRI MERANÍ:
Sem doplňte stručný postup pri meraní.
„Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“ Strana 14 z 16
TABUĽKA NAMERANÝCH A VYPOČÍTANÝCH HODNȎT:
Priamy smer diódy Spätný smer diódy
č.m. αI kI I[A] αU kU U[V] R[Ω] αI kI I[A] αU kU U[V]
1
2
3
4
5
6
7
8
VÝPOČET:
GRAFICKÁ ZÁVISLOSŤ:
„Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“ Strana 15 z 16
VYHODNOTENIE MERANIA:
Podľa tvaru volt ampérovej charakteristiky určte druh diódy a možnosť jej využitia v praxi.
Z nakreslenej statickej charakteristiky meranej diódy odčítajte hodnotu prahového napätia
a porovnajte z hodnotou uvedenou v katalógu.
Z hodnôt z charakteristiky vypočítajte veľkosť dynamického odporu a porovnajte ho
s katalógovou hodnotou.
„Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“ Strana 16 z 16
4. POUŽITÉ ZDROJE
1. Elektrotechnická měření; BEN – technická literatúra; Praha 2008
2. Antošovský V.: Elektrické merania I. Alfa – press, s.r.o.; Bratislava 2007
3. Ráček V. – Mádel P.: Elektronika. Alfa, Bratislava 1986
4. Maťátko J.: Elektronika. Alfa – press, s.r.o. Bratislava 2008
5. http://sk.wikipedia.org/elektrotechnika