LUCRAREA NR.1DIODA SEMICONDUCTOARE1. Scopul lucrrii - Ridicarea caracteristicilor i determinarea principalilor parametrii ai diodelor semiconductoare; studiul comportrii diodei semiconductoare n circuite elementare.2. Caracteristica static, curent-tensiune, teoretic a unei diode semiconductoare dedus prin analiza fenomenelor fizice ntr-o joncioune PN ideal ce au loc la aplicarea unei tensiuni din exterior este dat de legea: (1.1)n aceast relaie reprezentat grafic n fig.1.1, este curentul de saturaie al diodei dat de expresia : (1.2), i este dependent de parametrii fizici i tehnologici ai jonciunii PN (suprafaa jonciunii, , concentraia intrinsec de purttori , coeficienii de difuzie , , lungimile de difuzie , , ale purttorilor de sarcin , precum i concentraiile de impuriti, , ), iar , un coeficient cu valori mai apropiate de 1 pentru Ge, i mai apropiate de 2 pentru Si, care rezult din considerarea efectului de recombinare din zona de sarcin spaial la tensiuni de polarizare directe mici (efect cu importan la diodele cu Si la temperatura camerei.n funcie de suprafaa jonciunii PN, la rndul ei, dependent de curentul maxim pe care trebuie s-l accepte dioda n conducie direct, curentul de saturaie , are, la temperatura camerei, valori de ordinul de mrime, 1 ?10 ?A, pentru diodele din Ge i 1 ?100 mA pentru diodele din Si.La cureni direci de ordinul 1 ?10 mA (valori des ntlnite n practic) tensiunea direct pe diod este de 0.2 0.3 V pentru diodele din Ge respectiv 0.6-0.8 V pentru diodele din Si.3. Cele dou mrimi, i , se determin prin reprezentarea ecuaiei diodei semiconductoare la scar semilogaritmic (ca n fig.1.2 unde pe abscis se reprezint tensiunea aplicat pentru conducie direct la scar liniar i pe vertical curentul pe diod n scar logaritmic). Panta dreptei astfel obinute permite deducerea coeficientului . (De remarcat faptul c forma exponenial a cracteristicii directe se pstreaz ntr-un interval mare de valori ale curentului) cu relaia : (1.3). Prin prelungirera aceleai drepte, la intersecia cu axa ordonatei se obine curentul de saturaie .4. Dependena de temperatur a caracteristicii statice a unei diode semiconductioare este foarte puternic, nregistrndu-se a dublare a curentului de saturaie la fiecare 10 0C pentru diode din Ge respectiv la fiecare 6 0C pentru diodele din Si. Aceast depeden poate fi pus n eviden i prin coeficientul de variaie a tensiunii directe de pe diod cu temperatura, la curent constant. Teoretic acest curent este de circa 2 mV / 0C, pentru ambele tipuri de material utilizate curent pentru realizarea diodelor semiconductoare.5. La polarizare invers, conform ecuaie teoretice 1.1, curentul este constant i egal cu - . Dar pentru tensiuni inverse aplicate diodei, regiunea de sarcin spaial se mrete i apare un curent de generare, dependent de tensiunea aplicat, cu valori relative importante pentru diodele de Si (n fig.1.1 contribuia acestui curent la cracteristica diodei a fost reprezentat punctat). La tensiuni de polarizare invers mai mari, datorit fenomenului Zener, i fenomenului de multiplicare n avalan (predominant de obicei), curentul invers crete, valoare lui fiind limitat numai de circuitul exterior. Tensiunile de strpungere, la care apare aceast cretere a curentului, sunt dependente de natura materialului semiconductor, din care este realizat dispozitivul, precum i de concentraiile de impuriti, fiind cu att mai mici cu ct concentraiile de impuriti sunt mai mari.6. La tensiuni directe mari caracteristica static tinde s se liniarizeze, datorit cderilor de tensiune pe zonele neutre ale jonciunii PN, care nu mai pot fi neglijabile.7. n circuitele electronice, diodele semiconductoare pot indeplini mai multe funciuni (redresare, detecie, limitare, etc.) n multe situaii fiind necesar stabilirea unui regim static de funcionare. Pentru circuitul elementar din fig.1.3 punctul static de funcionare se determin prin rezolvarea grafoanalitic a sistemului de ecuaii format din ecuaia caracteristicii statice a diodei (1.1) i ecuaia dreptei statice de funcionare : (1.4)Punctul static de funcionare are coordonatele , iar n acest punct de funcionare dioda este caracterizat din punct de vedere al semnalelor lent variabile (ce pot fi aplizate in serie cu tensiunea continu ) printr-o rezisten dinamic, pentru care se deduce relaia : (1.5). Rezistenta dinamic se determin experimental prin calculul pantei caractristicii statice, n punctul static de funcionare conform relaiei : (1.6).8. Diodele stabilizatoare de tensiune (impropriu dar frecvent denumite diode Zener) sunt caracterizate printr-o tensiune de strpungere bine definit (datorit efectului de multiplicare n avalan care determin o cretere foarte puternic a curentului invers n zona de strpungere), controlat prin concentraia de impuriti, funcionarea normal a diodei fiind n aceast zon. fig..1.5 n care este reprezentat caracteristica static, att cea direct ct i cea invers, penrmite nelegerea noiunii de tensiune stabilizat, , precum i determinarea rezistentei dinamice a diodei, , conform relaiei: (1.7).DESFURAREA LUCRRII1. Se identific montajul din fig.1.6 n care se folosete o schem electric ajutoare ca surs de curent reglabil cu ajutorul poteniometrului . Alimentat n curent continuu ntre bornele 3 (+5 V) i 2 (mas), circuitul furnizeaz la borna 7 un curent reglabil ntre 0?50 mA, iar la borna 8 un curent de maximum 500 mA, ambele nchizndu-se spre borna comun de mas (borna 2).2. Se ridic caracteristicile statice la polarizarea direct pentru diodele - EFR 136 (diod redresoare din Ge) cu cureni cuprini ntre 0,5?500 mA (borna 4 reprezint anodul), -BA 243 (dioad din Si, de uz general, de putere mic) cu cureni n domeniul 0,1?50 mA (borna 5 este anodul) i BZX 85 C7V5 (dioad stabilizatoare de tensiune) cu cureni n domeniul 0,1?20 mA (anodul este borna 6).Ridicarea caracteristicilor directe se face cu montajul din fig.1.7; curentul prin diod se msoar cu un miliampermetru, pe o scar corespunzatoare de cureni, iar tensiunea la bornele diodei cu un volmetru electronic (de preferin voltmetru numeric). Curentul se va regla la valori pentru care se poate face o reprezentare comod la scar logaritmic adic multiplii i submultiplii zecimali ai numerelor 1,2 i r (ai cror logaritmi zecimali sunt, aproximativ, 0, 0.3 respectiv 0.7).Pentru dioda EFR 136 se va folosi borna 8 a generatorului pentru cureni mai mari de 50 mA iar pentru celelalte cazuri se va folosi numai borna 7 a generatorului de curent.Rezultatele msurtorilor se vor trece ntr-un tabel.2.a La curentul = 5 mA se nclzete (cu mna sau prin apropierea unui ciocan de lipit nclzit) dioda BA 243 i se constat, calitativ, modificarea tensiunii directe pe diod.3. Se traseaz caracteristicile statice ale celor trei diode la scar semilogaritmic (ca n fig.1.2) i se determin parametrii i (care se vor trece ntr-un tabel).4. Se vor trasa cele trei caracteristici la scar liniar pe un acelai grafic, pe hrtie milimetric (numai n domeniul de cureni comun diodelor). Pentru BA 243 se va trasa i dreapta static de funcionare (ecuaia 1.4, cu = 5 V i =820 ?) i se va determina punctul static de funcionare (rpin precizarea coordonatelor sale, i ). n punctul static de funcionare astfel stabilit, se va determina, grafic, rezistena dinamic (cu relaia 1.6); se va calcula i valoarea teoretic a rezistenei dinamice cu formula 1.5 n care = 26 mV, are valoarea dedus la punctul anterior iar are valoarea din punctul de funcionare i se vor compara rezultatele.5. Se realizeaz circuitul din fig.1.3 pentru dioda BA 243 cu = 5 V i =820 ? i se msoar mrimile caracteristice punctului static de funcionare, (cu voltmetru numeric) i (cu un miliampermetru montat n serie cu dioda) i se compar cu rezultatele obinute prin metoda grafoanalitic, la punctul precedent.Se repet msurtoarile privind punctul static de funcionare pentru dioda EFR 136 cu = 5 V. Se compar cu rezultatele obinute cu dioda BA 243 in aceleai condiii.6. Cu montajul din fig.1.8 se msoar curentul invers prin diodele EFR 136 i BA 243 la tensiunile = 0, -5 V, -10 V, -20 V.7. Se msoar caracteristica invers a diodei stabilizatoare de tensiune BZX 85 C7V5 cu montajul din fig.1.9, pentru cureni ntre 0.1 mA i 20 mA. Pentru aceasta, generatorul de curent se alimenteaz cu +15 V (la borna 3), bornele 7 i 1 se conecteaz mpreun printr-un miliampermetru iar tensiunea se msoar cu un voltmetru electronic (numeric) (bornele 2 i 6 sunt i ele cuplate).Se traseaz caracteristica invers a diodei stabilizatoare la scar liniar pe un grafic pe care se traseaz, spre comparaie i caracteristica direct. n punctul static de funcionare caracterizat prin = 10 mA, se determin rezistena dinamic, msurnd tensiunea pe diod la curenii: = 5 mA i = 15 mA.8. Se vizualizeaz, pe caracterograf, caracteristicile directe ale diodelor semiconductoare i caracteristica invers a diodei stabilizatoare de tensiune.9. Referatul va conine : schemele de principiu pentru ridicarea carcateristicilor directe i inverse ale diodelor, tabelele cu rezultatele msurtorilor, graficele i determinrile fcute pe baza acestora, precum i compararrea lor cu rezulatatele teoretice.