8. Měření voltampérové charakteristiky polovodičové diody.
I. Úvod
Co je dioda, k čemu slouží polovodičová dioda? Dioda je elektrotechnická součástka, která v elektrickém obvodu
propouští elektrický proud pouze jedním (propustným) směrem. Naopak v opačném směru (závěrný směr) dioda
proud nepropouští, dioda tedy např. usměrňuje střídavý proud. Kdysi klasické elektronkové (vakuové) diody byly již
před lety (až na výjimky) z mnoha praktických důvodů nahrazeny polovodičovými diodami. Podobně byly nahrazeny i
ostatní vakuové elektronky polovodičovými. Polovodičová dioda je součástka, která má jeden PN přechod, P je
polovodič typu P, N polovodič typu. N. A je anoda diody, K katoda diody.
Obr. 1 Polovodičová dioda.
Podle typu konstrukce slouží diody k usměrňování elektrického proudu (tj. k přeměně střídavého proudu na proud
stejnosměrný), ke stabilizaci elektrického napětí nebo k signalizaci průchodu proudu. Fotodioda vyrábí elektrickou
energii o napětí několik desetin voltu přímým převodem z energie dopadajícího světla, což je základem pro výrobu
energie ve fotovoltaických elektrárnách. V technické praxi se používá mnoho dalších typů různých diod.
Obr. 2 Ukázky vzhledu reálné diody.
Základní informací o diodě je zpravidla její voltampérová (VA) charakteristika, což je závislost proudu protékajícího
diodou na napětí na diodě, a to při konstantní teplotě diody. VA charakteristiku měříme nejprve ve směru
„propustném“ pro průchod proudu, potom změníme polaritu (napájecího zdroje nebo diody) a měříme ji ve směru
„závěrném“ pro průchod elektrického proudu. VA charakteristiky různých typů diod jsou deklarovány v katalozích
firem, protože mají především vypovídací hodnotu o odporu dané diody za různých napěťových a i teplotních
podmínek. V grafu VA charakteristiky je napěťově proudová závislost v propustném směru zviditelněna v 1.
kvadrantu, napěťově proudová závislost v závěrném směru je zviditelněna ve 3. kvadrantu téhož grafu – viz obr. 3:
Obr. 3 Příklad charakteristiky diody, pozor na osách v 1. a 3. kvadrantu jsou rozdílné stupnice.
2. Vlastní měření
Úkol: změřte VA charakteristiku diody č. 1, tj. té malé, která je u úlohy k dispozici (doplníte konkrétní typ
diody).
Pro měření charakteristiky diody D v propustném směru použijeme zapojení dle obr. 4, v obrázku je použit
zdroj napětí U, reostat R, předřadný odpor Rp , voltmetr V a ampérmetr A.
Obr. 4 Schéma zapojení pro měření VA charakteristiky diody v propustném směru.
Pro měření použijeme přístroje, které jsou na stole připraveny, tj. dělič napětí R = 1200 ohmů, Rp = 560
ohmů, ostatní přístroje specifikujte v protokolu.
Měříme v intervalu od nuly do Imax= 300 mA, a to pro hodnoty proudu v mA: 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20 atd. do 300.
Naměřené hodnoty napětí a proudu zapisujeme do připravené tabulky.
Pro měření charakteristiky diody D v závěrném směru použijeme zapojení dle obr. 5, v obrázku je opět použit
zdroj napětí U, reostat R, předřadný odpor Rp , voltmetr V a ampérmetr A.
Měříme pro napětí od nuly do 30 V a na použitém mikroampérmetru odečítáme proud.
Obr. 5 Schéma zapojení pro měření VA charakteristiky diody v závěrném směru.
Naměřené hodnoty zapisujeme opět do připravené tabulky.
Z naměřených hodnot nakreslíme VA charakteristiku diody, nezapomeňte graf minimálně na ½ A4 a různá
měřítka na osách.
Celé měření zopakujte pro jinou diodu.
V závěru zhodnoťte, zda jste ověřili, že dioda je nelineární prvek, vysvětlete proč.
V návodu byly použity tyto materiály:
https://kf.vsb.cz/Studium/FMMI/Lab_ulohy/navody3/4_va_charakt.pdf
http://old.spsemoh.cz/vyuka/zel/diody.htm