Diode semiconductoare

In lucrare sunt masurate caracteristicile statice ale unor diode semiconductoare, rezulatatele fiind comparate cu relatiile analitice teoretice. Este, de asemenea analizata comportarea diodelor in regim dinamic, semnal mic, joasa frecventa.

Dioda semiconductoare

Diodele semiconductoare studiate in aceasta lucrare sunt dispozitive formate dintr-o jonctiune p-n. Relatia de legatura intre curent si tensiune pentru o dioda semiconducoare este:

i_D=I₀ [exp(qv_D/gkT)-1]    (1)

unde - curentul de saturatie al diodei

g - coeficient care ia valori intre 1 si 2

Polarizarea directa

Pentru dioda este polarizata direct si curentul depinde exponential de tensiune:

i_D=I₀ [exp(qv_D/gkT)]    (2)

Pentru montajul:

se masoara de fiecare data tensiunea V_D     si se calculeaza curentul:

I_D=(E_D-V_D)/R_k   

pentru mai multe diode:

Reprezentand grafic putem aproxima caracteristica diodei ca fiind liniara: pentru

pentru D₁:

pentru D₄:

Din ecuatia dreptei, de forma y=mx-n se determina pentru fiecare dioda V_P si R_D , alegand I_DM=200mA si e=0,01, si stiind ca 1/R_D=m iar V_P/R_D=n.

Se obtin:

Pentru dioda D₁ = 0,28 V

W

Pentru dioda D₂ = 0,58 V

W

Reprezentarea la scara logaritmica a dependentei pentru :

D₁:

D₂

D₄:

Se pot determina pentru fiecare dioda :

prin extrapolare pana la V_D=0

g - prin calcularea contrapantei    g Dv_D/DI_D) (q lge/kT)

-R_S - prin citirea de pe zona curba a graficului a 3 perechi de coordonate (I_D, V_D) alese astfel incat :

I_D1 I_D3=(I_D2)²   

Si prin aplicarea formulei:

R_S=(V_D1 2V_D2+V_D3)/(I_D1-2I_D2+I_D3)

Se obtin rezultatele :

Pentru D₁: I₀₁=-0,97 mA

g

R_S1=0,37 W

Pentru D₂: I₀₂=-3,41 mA

g

R_S2=1,23 W

Pentru D₄: I₀₄=-3,74 mA

g

R_S4=0,25 W

Pentru , in configuratia:

curentul care trece prin dioda este:

I_R= -I_D=(V_D-E_D)/R_k

Caracteristicile pentru D₁ si D₂;

Pentru D₁:

Pentru D₂:

Dioda stabilizatoare de tensiune

In polarizare inversa curentul invers prin dioda poate sa nu depinda de tensiunea inversa aplicata (diode cu germaniu) sau sa creasca odata cu tensiunea (diode cu siliciu). La o anumita valoare a tensiunii inverse aplicate (tensiunea de stapungere) poate apare efectul Zener sau fenomenul de multiplicare in avalansa care se manifesta printr-o crestere abrupta a curentului.

Faptul ca in strapungere tensiunea la bornele diodelor este practic constanta, a condus la utilizarea lor ca diode stabilizatoare de tensiune (Zener). Pentru a putea fi insa

utilizate in practica, in proiectarea si constructia diodelor stabilizatoare se iau in considerare o serie de aspecte specifice.

Proprietatile de stabilizare ale unei diode pot fi apreciate prin valoarea rezistentei dinamice R_Z =(DV_Z/Di_Z)

Se masoara V_Z si se calculeaza I_Z= I_D cu relatia:

I_Z=(E_D-V_Z)/R_k   

Caracteristica pentru D₃: (pentru k=5)

Caracteristica pentru D₃: (pentru k=4)

Regimul dinamic, semnal mic, joasa frecventa:

In cazul in care tensiunea pe dioda prezinta mici variatii (v_D) cu amplitudinea V_D , curentul prin dioda va prezenta de asemenea variatii (i_d) in jurul valorii statice I_D .

Daca frecventa este relativ mica si amplitudinea indeplineste conditia de semnal mic (V_D<<gkT/q=26 mV) atunci v_D este direct proportional cu i_d.

v_D=R_i i_d(t)

Se masoara V_D si se calculeaza I_D cu relatia I_D=(E_D-V_D)/R_k , se masoara V_S si se calculeaza R_i cu relatia: R_i=R_sn V_d/(V_S-V_d), v_d=2,5 mV

Se calculeaza valoarea teoretica a rezistentei R_i, cu relatia:

R_i Dv_D/Di_D)=0,026g/I_D:

Se obtin rezultatele:

Se traseaza pe acelasi grafic R_i(masurat)(I_D) si R_i(teoretic)(I_D)

Pentru D₁:

Pentru D₂: