Dioda półprzewodnikowa

Dioda półprzewodnikowa jest elementem elektronicznym wykonanym z materiałów

półprzewodnikowych. Dioda jest zbudowana z dwóch różnie domieszkowanych warstw

półprzewodnika typu n i typu p, które tworzą razem złącze p-n. Spotykane są również

diody zbudowane z połączenia półprzewodnika z odpowiednim metalem tzw. dioda

Schottky'ego. Półprzewodnik typu p tworzy anodę diody, półprzewodnik typu n katodę

diody. Element ten charakteryzuje się jednokierunkowym przepływem prądu od anody

do katody. W przeciwnym kierunku prąd nie płynie. Rodzaje diod:

prostownicze - prostowanie prądu przemiennego

detekcyjne - diody niewielkiej mocy, używane w układach modulacji AM

stabilizacyjne (Zenera) - stabilizacja napięcia i prądu

tunelowe - z odcinkiem charakterystyki o ujemnej rezystancji dynamicznej

pojemnościowe (warikap) - o zmiennej pojemności zależnej od przyłożonego napięcia

elektroluminescencyjne (LED) - dioda świecąca

fotodiody - czuła na promieniowanie widzialne lub podczerwone

laserowe

mikrofalowe (np. Gunna)

Anoda Katoda

Symbol diody półprzewodnikowej

+

Dioda spolaryzowana w kierunku przewodzenia

Dioda LED Dioda Zenera

Prostownik jednopołówkowy

W programie Multisim zbudować układ jak na rysunku poniżej.

Rys.1. Prostownik jednopołówkowy

Źródło napięcia przemiennego znajduje się w bibliotece:

„Source” i nosi nazw AC_POWER

Dioda znajduje się w bibliotece „Diode”

Elementy bierne (rezystory, pojemności) znajdują się w bibliotece

„Basic”.

Na wejście kanału 1 oscyloskopu dołączono sygnał ze źródła napięcia.

Na wejście 2 podano sygnał po wyprostowaniu jednopołówkowym. Aby

obserwacja przebiegów była bardziej komfortowa, można zmienić

atrybuty kolorów sygnałów i przebiegów na oscyloskopie. W tym celu

należy najechać znacznikiem myszy na linię podłączoną do kanału 2,

prawym przyciskiem myszy wybrać kolor z palety po uruchomieniu

opcji Segment Color. Dodatkowo zmieniając offset jak na rysunku 2

można rozsunąć na ekranie oba przebiegi w pionie.

Rys.2. Widok ekranu oscyloskopu

Zmiana położenia anody i katody diody powoduje, że na wyjściu

przetwornika pojawią się jedynie ujemne połówki przebiegu

sinusoidalnego.

Rys.3. Prostownik jednopołówkowy napięcia ujemnego

Należy zaobserwować sygnał na oscyloskopie w takiej konfiguracji

układu.

Dodanie równoległego do obciążenia R1 kondensatora C1 o pojemności

1mF powoduje wygładzenie wyprostowanego przebiegu. Energia

zgromadzona w kondensatorze zasila obciążenie gdy przebieg na

wyjściu prostownika zanika do zera. Uwaga!!!- położenie diody

prostowniczej jak dla prostownika napięcia dodatniego.

Rys.4. Prostownik jednopołówkowy z filtrem

Należy zaobserwować przebieg na oscyloskopie.

Należy zaobserwować sygnał na wyjściu prostownika dla rezystancji R1

mniejszej od 2k (np. dla 330 Ohm i 120 Ohm). Dlaczego przebieg

zmienił się z linii prostej.

Rys.5. Wpływ obciążenia na tętnienia napięcia wyjściowego.

W prostowniku jednopołówkowym tylko połowa przebiegu napięcia

przemiennego jest zamieniana na napięcie stałe. Kondensator musi więc

magazynować dużą ilość energii żeby zapewnić stałe napięcie na

obciążeniu R1. Większą sprawność posiada prostownik dwupołówkowy

z czterema diodami prostowniczymi połączonymi w układzie Greatza.

Sporządź układ jak na rysunku 6.

Rys.6. Prostownik

dwupołówkowy

Rys.7. Przebiegi sygnałów na wejściu i wyjściu prostownika

dwupołówkowego.

Należy zaobserwować przebiegi napięcia na wejściu i wyjściu

prostownika.

Zaobserwować przebieg na wyjściu prostownika po dodaniu filtra

pojemnościowego.

Rys.8. Prostownik dwupołówkowy z filtrem pojemnościowym.

Dioda Elektroluminescencyjna - LED dioda

zaliczana do półprzewodnikowych przyrządów

optoelektronicznych, emitujących promieniowanie w

zakresie światła widzialnego, podczerwieni i

ultrafioletu.

Należy zbudować układ jak na rysunku

Rys.9. Dioda elektroluminescencyjna LED

Należy uruchomić symulację. Generator powinien być ustawiony na

generację przebiegu prostokątnego.

Zmiana częstotliwości generowanego przebiegu powoduje zmianę

okresu świecenia diody.

Rys.10. Testowanie diody LED

Tranzystor bipolarny npn, pnp

Tranzystory są to urządzenia półprzewodnikowe, które umożliwiają

sterowanie przepływem dużego prądu, za pomocą prądu znacznie

mniejszego.

Tranzystor bipolarny składa się z trzech obszarów półprzewodnika o

przeciwnym typie przewodnictwa (n-p-n lub p-n-p), powoduje to

powstanie dwóch złączy: n-p i p-n lub analogicznie p-n i n-p.

Tak więc rozróżniamy dwa typy tranzystorów bipolarnych npn i pnp.

Tranzystor PNP Tranzystor NPN

Tranzystor PNPTranzystor NPN

UBE

UBE

EMITER

BAZA

KOLEKTOR

Gdy w tranzystorze NPN napięcie na bazie jest wyższe od napięcia na

emiterze o około 0,7V, tranzystor zaczyna przewodzić ?prąd między

kolektorem i emiterem?.

Gdy w tranzystorze PNP napięcie na bazie jest niższe od napięcia na

emiterze o około 0,7V, tranzystor zaczyna przewodzić ?prąd między

kolektorem i emiterem?.

Należy sporządzić układ jak na rysunku.

Rys.11. Badanie tranzystora bipolarnego NPN

Zmieniając napięcie na bazie tranzystora przy pomocy potencjometru

R3, zaobserwować napięcie na kolektorze.

Należy zwrócić uwagę na dwa stany pracy tranzystora: zatkanie- rys.12,

nasycenie- rys.13.

Rys.13. Nasycenie

Rys.12. Zatkanie

Gdy napięcie na bazie tranzystora jest niższe niż około 0,7V tranzystor

jest zatkany i nie przewodzi prądu. Wtedy napięcie na kolektorze jest

równe napięciu zasilającemu 12V. Gdy zaczyna się przewodzenie

tranzystora widoczny jest spadek napięcia na rezystorze kolektorowym

R2. Napięcie zmniejsza się aż uzyskuje stałą wartość, prawie równą 0 V.

Jest to stan nasycenia tranzystora. Tranzystor pracujący tylko w dwóch

stanach, nasycenia i odcięcia, nazywamy kluczem.

Tranzystor jako klucz

Sporządź układ jak na rysunku, po uruchomieniu symulacji porównaj

sygnał wejściowy na bazie tranzystora z napięciem na kolektorze

tranzystora.

Rys.14. Tranzystor jako element kluczujący

Pojawienie się wysokiego napięcia na bazie tranzystora (powyżej 0,7V)

powoduje załączenie tranzystora i przepływ prądu przez Rezystor R1,

napięcie na kolektorze będzie prawie równe 0V.

Taki układ działa też jak negator sygnału, co jest wykorzystywane w

technice cyfrowej:

Gdy na wejściu jest napięcie niskie, to na wyjściu jest napięcie zasilania

5V. Gdy na wejście podamy napięcie 5V, na wyjściu otrzymamy napięcie

prawie równe 0V.

Tak więc podając napięcie na bazę tranzystora możemy go włączyć i

wtedy napięcie na kolektorze jest prawie równe potencjałowi emitera.

Aby zaobserwować te zależności w obwodzie kolektora należy umieścić

żarówkę z biblioteki Indicators. Taką samą żarówkę należy dołączyć w

obwodzie bazy tranzystora. Obie mają mieć podpięty jeden biegun do

zasilania 5V. Częstotliwość z generatora obniżyć, aby widoczne było

pulsacyjne świecenie żarówek.

Rys.15. Badanie tranzystora jako klucza