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.
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 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