a8b32ies Úvod do elektronických systémůradio.feld.cvut.cz/courses/a8b-ies/pub/ies_dioda.pdf ·...

1

A8B32IES – Úvod do elektronických systémů

29.10.2014 – Polovodičová dioda– charakteristiky, parametry, aplikace

• Elektronické prvky a jejich reprezentace • Ideální dioda • Reálná dioda a její charakteristiky • Porovnání vlastností různých typů diod

• Měření statických parametrů

A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace

Kde nalezneme ekektronické prvky ?

Elektronický systém

Diskrétní

Integrovaný

½ Intel Xeon

Elektronický systém a jeho komponenty

= U0 gmU

R C L

I0 U

-t0

aktivní

pasivní

Elektronický prvek (MOSFET) způsoby reprezentace

G

D

S

B

G

S D

B

MOSFET tranzistor řízený polem

využívající strukturu kov-izolant-polovodič

Fyzická struktura

Princip činnosti elektrostatická indukce

S G

D

Tranzistor v této reprezentaci je fyzická 3D struktura využívající vhodnou morfologii

různých materiálových vrstev k aplikaci daného fyzikálního jevu

Užití reálná funkce (spínač, proudový zdroj, řízený odpor) , ekonomický zisk


G

D

S

B

Fyzikální model

S G

D

Tranzistor v této reprezentaci je virtuální 3D

struktura popsaná vhodnými modely, která je určena k simulaci probíhajících fyzikálních procesů, zejména analýze vnitřního rozložení elektrického pole a proudových hustot

S

G

D

xRxG

x

xJ

e

1

t

xn n

Užití virtuální realizace, analýza činnosti, simulace elektrických charakteristik


G

D

S

B

V-A Charakteristika

Tranzistor je v této reprezentaci abstrahován jako 4-pól jehož elektrické vlastnosti jsou

popsány vzájemnými vztahy mezi proudy a napětími na jeho svorkách. Ty mohou být popsány analytickými vztahy nebo grafickým předpisem. Vztahy většinou závisí na více proměnných, jsou nelineární a odráží reálné chování struktury.

Užití analýza a charakterizace elektrických vlastností prvku zejména při jeho zapojení v

obvodu

UGS

[V]

UDS

[V]

ID [mA]

0

UDS

UGS

ID


G

D

S

B

Obvodový model

Tranzistor je v této fázi reprezentován náhradním zapojením složeným z ideálních

obvodových prvků. Prvky mohou být pouze lineární nebo i nelineární. Model může aproximovat celou charakteristiku nebo jen její část. Součástí modelu jsou jeho parametry. Většina obvodových prvků má svůj reálný ekvivalent ve fyzické struktuře.

Užití obvodová analýza, simulace

0


G

D

S

B

Simulační model

Tranzistor reprezentován textem, který mimo přiřazení vývodůA obsahuje odkaz na

použitý obvodový modelB a jeho parametryC.

Užití simulace v simulátoru, přechod do vyšší úrovně abstrakce

0

M1 DRAIN GATE SOURCE NMOS0P5/ELP * NMOS in model 0.5um CMOS Technology .model NMOS0P5/ELP NMOS (Level=1 + VTO=2 + L=2E-06 + W=9.2E-03 + UO=460 + LAMBDA=0.001 + KP=2.0E-03 )

DRAIN

GATE SOURCE

A

B

C

9

Ideální Dioda

A

K

UF

IF

UF [V]0

IF [mA]

závěrná polarizace

propustná polarizace

závěrná polarizace

0I0U AAK

A

K

UAK

IA=0 propustná polarizace

0U0I AKA

A

K

UAK=0

IA

• nelineární dvojpól • funguje jako jednocestný ventil (propouští proud pouze jedním směrem)

anoda

katoda

nevede proud vede proud při nulovém úbytku napětí

Rébus


D1

D2

U0

D3

R

D4

D5 D6 R

R

R R

I0

Určete velikost proudu I0 (Diody D1 až D6 považujte za ideální, U0=10V, R=10Ω).

Reálná Dioda

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

50

100

150

200

UF [V]

0

IF [mA]

80 70 60 50 40 30 20 10

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

UR [V]

IR [A]

Reálná Dioda – voltampérová charakteristika

UF@IF=50mA

UBR průrazné napětí

propustný úbytek IR@UR=50V

závěrný proud typicky nA@T=300K

e

nkTUeII F

nkT

eU

0F

F

,

A

K

UF

IF


Dioda – mezní parametry

UF [V]

0

IF [mA]

UR [V]

IR [A]

URRM

IFAV

IZ

UBR

IFAV Forward AVerage Current

IFSM Forward Surge Maximum Current

URRM Reverse Repetetive Maximum Voltage

URSM Reverse Surge Maximum Voltage

IZ Zener Current


Dioda – katalogový list

URRM Reverse Repetetive Maximum Voltage

IFAV Forward AVerage Current IFSM Forward Surge Maximum Current

UF Forward Voltage IR Reverse Current

Přístroje používané v A8B32IES

Zdroj stejnosměrného napětí

U1 U2

U1 U2

KOSTRA PŘÍSTROJE NEPOUŽÍVAT

Pevné napětí 5V/3A

NEPOUŽÍVAT nelze nastavit

proudové omezení

Oba přepínače vypnuté (= nezávislé zdroje U1 a U2)

VYPÍNAČ

15 A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace


V, Ω

Multimetry – voltmetr, ohmmetr

V, Ω 16 A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace


Multimetry – ampérmetr

A A 17 A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace

Přípravek pro měření VA charakteristik diod

volba diody

volba odporu Rx


Diody použité na přípravku

MEZNÍ PARAMETRY

TYP IFAV

(mA)

IFSM

(A)

URRM

(V)

URSM

(V)

Poznámka

1N4007 1000 40 1000 Křemíková usměrňovací dioda

s pn přechodem.

10BQ040 1000 430 40 40 Schottkyho usměrňovací dioda

ZD 3V3 Zenerova dioda 3.3 V

LED –IR 65 5 Infračervená GaAlAs svítivka

LED – RED 30 0.185 5 Červená InGaAlP svítivka

LED – YELLOW 30 0.175 5 Žlutá InGaAlP svítivka

LED - BLUE 30 0.150 5 Modrá svítívka GaN na SiC


UCC=15V R=1k7

Rébus

• zapojte 4 svítivky paralelně • postupně odpojujte propojky zleva a sleduje výsledek • postup opakujte avšak propojky odpojujte zprava • Pokuste se interpretovat výsledek pozorování


UCC

R = 100

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

2

4

6

8

10

12

14

UF [V]

0

IF [mA]

5 4 3 2 1

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

UR [V]

IR [A]

A

K

UF

IF

IF UF

UCC= R·IF + UF (1)

IF = f(UF) (2)

Měření statické VA charakteristiky diody


UCC

R = 100

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

2

4

6

8

10

12

14

UF [V]

0

IF [mA]

5 4 3 2 1

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

UR [V]

IR [A]

A

K

UF

IF

IF UF

UCC= R·IF + UF (1)

IF = f(UF) (2)

Dioda zapojená v lineárním obvodu / Nastavení pracovního bodu


Grafické řešení

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

2

4

6

8

10

12

14

UF [V]

0

IF [mA]

5 4 3 2 1

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

UR [V]

IR [A]

UCC= R·IF + UF

IF= (Ucc-UF)/R (1)

(2)

(1)

Ik= UCC/R

P0 [UFo,IFo]

UCC = Un

proud zdroje nakrátko

napětí zdroje naprázdno

pracovní bod

GRAF rce (1)


Princip měření VA charakteristiky

UCC=15V

Rx = 1k až 1M

IF UF

UF [V]

0

IF [mA]

R1

R2

R3

R4

UCC

1

CC

R

U

2R

UCC

3R

UCC

4R

UCC

R1<R2<R3<R4


Přípravek pro měření VA charakteristik diod

volba diody

volba odporu Rx


UCC=15V

V

A IF

UF

Rx=4k7

Zapojení pro měření VA charakteristik diod

UCC

Rx

UF IF V

A

Zpracování výsledků – list UF

u vybraných diod doplnit naměřené souřadnice UF a IF pracovních bodů

Rx


a8b32ies Úvod do elektronických systémůradio.feld.cvut.cz/courses/a8b-ies/pub/ies_dioda.pdf ·...

Documents