UČEBNÉ TEXTY - dopravnazv.edupage.org · „Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“ Strana 9 z 16 ... .

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