Alicaii cu amplificatoare operaionale

Dioda semiconductoare

Scopul lucrriia. determinarea caracteristicii de funcionare a diodei semiconductoare;

b. analiza unui circuit care conine dioda semiconductoareCuprins

I. Caracteristica de funcionare a diodei semiconductoare

II. Polarizarea diodei semiconductoare. Punctul Static de Funcionare al diodei.

III. Determinarea practic a caracteristicii de funcionare a diodei semiconductoare, n conducie direct.IV. Atenuator de tensiune controlat n tensiune.

I. Caracteristica de funcionare a diodei semiconductoareDioda semiconductoare este un dispozitiv electronic al crui simbol electronic este prezentat n Figura 1, mpreun cu mrimile electrice de terminal (curent electric i tensiune electric). Dioda semiconductoare are dou terminale, denumite anod i catod, sensul curentului prin diod fiind considerat de la anod spre catod.

Figura 1. Simbolul electronic i mrimile electrice ale diodei semiconductoare.

Figura 2. Caracteristica de funcionare a diodei semiconductoare.Utilizarea diodei semiconductoare n diferite tipuri de circuite electonice este datorat caracteristicii sale neliniare de funcionare, reprezentat n figura 2. Caracteristica de funcionare furnizeaz informaii despre modul n care variaz curentul prin diod n funcie de tensiunea la terminalele sale. Din caracteristica de funcionare a diodei se poate deduce modul n care aceasta funcioneaz. Astfel, dac se aplic o tensiune pozitiv pe diod (potenialul electric al anodului este superior potenialului electric al catodului), se spune c aceasta funcioneaz n conducie direct. Att timp ct diferena de potenial dintre anod i catod este mai mic dect o anumit valoare de prag notat VD, care, n cazul diodelor semiconductoare din siliciu (cele utilizate n prezent) este de aproximativ 0,60,7[V], curentul prin diod are o valoare foarte mic, care n mod ideal poate fi considerat nul. Dac tensiunea pozitiv aplicat la bornele diodei depete valoarea tensiunii de prag VD, curentul prin diod crete exponenial n funcie de tensiunea pe diod, tensiune care rmne la o valoare aproximativ constant, n jurul valorii tensiunii de prag VD, dup relaia indicat n Figura 1:

1

unde IS reprezint curentul de saturaie al diodei (IS(10-16(10-14[A]), VT este tensiunea termic, VT=kT/q (i are valoarea 25[mV] pentru temperatura T=250[C]), iar vA i iA sunt tensiunea, respectiv curentul prin diod.

Curentul prin diod nu trebuie s depeasc o anumit valoare maxim, impus de puterea maxim pe care o poate disipa dioda fr a se distruge termic.

Dac tensiunea aplicat la bornele diodei este negativ (potenialul electric al anodului este inferior potenialului electric al catodului) dar mai mic n modul dect o valoare de prag notat VBR, aceasta funcioneaz n conducie invers. n acest caz, valoarea curentului electric prin diod este foarte mic, aproximativ egal cu valoarea curentului de saturaie IS i n mod ideal este considerat ca fiind nul.

Dac valoarea tensiunii negative depete valoarea VBR, numit tensiune de strpungere, dioda se strpunge, iar curentul electric prin ea crete brusc i necontrolat, existnd pericolul distrugerii diodei respective.

Din cele prezentate mai sus, pentru majoritatea aplicaiilor se poate considera c dioda semiconductoare este un dispozitiv electronic care permite trecerea curentului electric ntr-un singur sens, de la anod spre catod, numai dac pe aceasta se aplic o tensiune pozitiv de valoare aproximativ egal cu valoarea tensiunii de prag VD. II. Polarizarea diodei semiconductoare. Punctul Static de Funcionare al diodei.

Scopul polarizrii diodei const n stabilirea modului de funcionare al acesteia, n regim de curent continuu: conducie direct, respectiv invers (se evit funcionarea diodei semiconductoare n regiunea de strpungere deoarece aceasta se distruge). Dac n urma polarizrii sale, dioda semiconductoare funcioneaz n conducie direct, se spune c aceasta este polarizat direct. Analog, dac n urma polarizrii sale, dioda funcioneaz n conducie invers, se spune c aceasta este polarizat invers n acest caz, prin diod curentul electric se consider nul (este suficient de mic nct aceast aproximare s fie valabil).

Polarizarea diodei este realizat prin intermediul unui circuit special, numit circuit de polarizare. Circuitul de polarizare conine ntotdeauna o surs de alimentare (o surs de tensiune continu sau o surs de curent continuu), care se mai numete surs de polarizare i un rezistor de polarizare, care are rolul de a limita curentul prin diod astfel nct aceasta s nu se distrug prin depirea puterii maxime care se poate disipa pe dioda respectiv. Regimul de funcionare al unei diode semiconductoare este complet caracterizat de ctre valoarea curentului continuu care trece prin aceasta i de tensiunea continu ntre terminalele sale. Perechea de mrimi electrice, compus din curentul continuu prin diod i tensiunea continu pe diod se numete Punct Static de Funionare, prescurtat P.S.F.Aadar, circuitul de polarizare stabilete valoarea PSF-ului diodei polarizate. PSF-ul furnizeaz ntotdeauna informaii despre zona din caracteristica de funcionare n care funcioneaz dioda. Aceast observaie este valabil i pentru celelalte tipuri de dispozitive semiconductoare. III. Determinarea practic a caracteristicii de funcionare a diodei semiconductoare, n conducie direct.Pentru determinarea practic a caracteristicii de funcionare a diodei semiconductoare se vor efectua urmtorii pai.

1. Se verific dac sursa de alimentare HM8040 este deconectat (dac ledul ON este stins), dac nu este deconectat, se apas butonul OUTPUT de pe panoul frontal al sursei de alimentare HM8040 (se stinge ledul ON, iar sursa este deconectat);

2. Se seteaz multimetrul digital pe gama 20 din seciunea DCV;3. Se realizeaz circuitul practic din Figura 3, care reprezint circuitul de polarizare al diodei semiconductoare; pentru alimentarea circuitului realizat se utilizeaz una din cele 2 surse de alimentare reglabile HM8040 (situate pe panoul frontal al aparatului n prile laterale ale acestuia); valoarea tensiunii de alimentare este setat iniial la valoarea 0[V]. n Figura 3, VCC reprezint sursa de tensiune continu HM8040.

Figura 3. Circuitul de polarizare al diodei semiconductoare.4. Dup realizarea circuitului se va chema cadrul didactic pentru verificarea acestuia;

5. Se cupleaz sursa de alimentare la circuit prin apsarea comutatorului OUTPUT de pe panoul frontal al acesteia (ledul ON de pe panoul frontal al aparatului de aprinde).6. Se calculeaz prin intermediul legii lui Ohm valoarea tensiunii pe rezistorul de polarizare R (R=1[k]):

astfel nct curentul electric prin acesta i implicit prin dioda semiconductoare s corespund primei valori din Tabelul 1.

7. Se poziioneaz testerele de msur ale voltmetrului digital n circuit, astfel nct acesta s msoare tensiunea pe rezistorul R: testerul care este conectat la borna + a aparatului se aplic pe terminalul stng al rezistorului R, iar testerul care este conectat la borna - a aparatului se aplic pe terminalul drept al rezistorului R; apoi, se crete progresiv valoarea tensiunii de alimentare (cea furnizat de sursa de alimentare HM8040) pn cnd valoarea indicat pe voltmetru corespunde valorii calculate cu ajutorul formulei de la punctul precedent. 8. Se conecteaz voltmetrul digital n circuit, astfel nct acesta s msoare tensiunea pe dioda semiconductoare: testerul care este conectat la borna + a aparatului se aplic pe anodul diodei, iar testerul care este conectat la borna - a aparatului se aplic pe catodul diodei; se citete valoarea de pe ecranul voltmetrului i apoi se trece n Tabelul 1, n dreptul coloanei curentului electric IA considerat n calculul efectuat la punctul 6. 9. Se reiau punctele 6-8 pentru toate valorile curentului IA din Tabelul 1. 10. Dup completarea valorilor mrimilor electrice n Tabelul 1 se va desena caracteristica de funcionare a diodei, n polarizare direct.11. Se deconecteaz sursa de alimentare de la circuitul practic prin apsarea butonului OUTPUT de pe panoul frontal al sursei de alimentare HM8040 (se stinge ledul ON, iar sursa este deconectat).

IV. Atenuator de tensiune controlat n tensiune. Circuitul studiat este prezentat n Figura 4, n care R=1[k], RL=100[], iar RC =100[]. Acest circuit se comport ca un divizor de tensiune (divizorul de tensiune a fost studiat n lucrarea 1), tensiunea divizat fiind cea furnizat de ctre generatorul de semnal sinusoidal notat vG(t). Deosebirea dintre acest circuit i cel studiat n lucrarea 1 este c, valoarea tensiunii de ieire vo(t) poate fi controlat prin intermediul tensiunii de polarizare a diodei, notat n figur cu VCC. Din acest motiv, circuitul se numete divizor de tensiune controlat n tensiune. Controlul valorii amplitudinii tensiunii de ieire Vo este realizat prin intermediul tensiunii de polarizare VCC, care modific valoarea rezistenei de semnal mic a diodei, notat rd. Se poate demonstra c dac amplitudinea tensiunii sinusoidale pe diod are o valoare suficient de mic (>rd i R>>RL, atunci tensiunea de ieire a circuitului se poate determina dup relaia:

Pentru analiza practic a atenuatorului de tensiune controlat n tensiune, se vor efectua urmtorii pai.

1. Se verific dac surs de alimentare HM8040 este decuplat de plac (ledul ON de pe panoul frontal al sursei trebuie s fie stins). n cazul n care nu este decuplat, se apas butonul OUTPUT de pe panoul frontal al sursei de alimentare HM8040 (se stinge ledul ON, iar sursa este deconectat).

2. Se regleaz de la generatorul de semnal HM8030 o tensiune sinusoidal vi de amplitudine 0,25[V] i frecven 1[kHz].

3. Se regleaz sursa de alimentare HM8040 la prima valoare VCC din Tabelul 2.

4. Se realizeaz circuitul practic din Figura 4; n Figura 4, VCC reprezint sursa de tensiune continu HM8040, iar tensiunea de intrare vG(t) reprezint generatorul de semnal HM8030.5. Dup realizarea circuitului se va chema cadrul didactic pentru verificarea acestuia;

6. Se cupleaz sursa de alimentare la circuit prin apsarea comutatorului OUTPUT de pe panoul frontal al acesteia (ledul ON de pe panoul frontal al aparatului de aprinde).7. Se vizualizeaz pe ecranul osciloscopului HM303, cu ajutorul sondei de msur, tensiunea la ieire vo a circuitului (vezi Figura 4 pentru identificarea pe circuit a acestei tensiuni). n acest scop, masa sondei se va conecta la masa circuitului, iar firul cald al sondei se va aplica pe terminalul superior al rezistorului RL.

8. Pe forma de und observat pe ecranul osciloscopului, se msoar amplitudinea tensiunii de ieire vo i se completeaz valoarea obinut n coloana corespunztoare tensiunii VCC din Tabelul 2.

9. Se completeaz cu valori Tabelul 2, repetnd punctele 3-8 (fr punctele 5,6).10. La finalul tuturor msurtorilor se deconecteaz sursa de alimentare de la circuitul practic prin apsarea butonului OUTPUT de pe panoul frontal al sursei de alimentare HM8040 (se stinge ledul ON, iar sursa este deconectat).

Figura 4. Atenuator de tensiune controlat n tensiune.

Tabel 1IA(mA)0,100,250,50,751510

VR

VA

Tabel 2

VCC(V)11,522,53

Vo

PAGE - 6 -

_1350137801.unknown

_1350137802.unknown

_1350137800.unknown

_1350137799.unknown