A8B32IES Úvod do elektronických systémůradio.feld.cvut.cz/courses/A8B-IES/pub/IES_Dioda.pdf ·...
Transcript of A8B32IES Úvod do elektronických systémůradio.feld.cvut.cz/courses/A8B-IES/pub/IES_Dioda.pdf ·...
1
A8B32IES – Úvod do elektronických systémů
29.10.2014 – Polovodičová dioda– charakteristiky, parametry, aplikace
• Elektronické prvky a jejich reprezentace • Ideální dioda • Reálná dioda a její charakteristiky • Porovnání vlastností různých typů diod
• Měření statických parametrů
A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace
Kde nalezneme ekektronické prvky ?
Elektronický systém
Diskrétní
Integrovaný
½ Intel Xeon
Elektronický systém a jeho komponenty
= U0 gmU
R C L
I0 U
-t0
aktivní
pasivní
Elektronický prvek (MOSFET) způsoby reprezentace
G
D
S
B
G
S D
B
MOSFET tranzistor řízený polem
využívající strukturu kov-izolant-polovodič
Fyzická struktura
Princip činnosti elektrostatická indukce
S G
D
Tranzistor v této reprezentaci je fyzická 3D struktura využívající vhodnou morfologii
různých materiálových vrstev k aplikaci daného fyzikálního jevu
Užití reálná funkce (spínač, proudový zdroj, řízený odpor) , ekonomický zisk
Elektronický prvek (MOSFET) způsoby reprezentace
G
D
S
B
Fyzikální model
S G
D
Tranzistor v této reprezentaci je virtuální 3D
struktura popsaná vhodnými modely, která je určena k simulaci probíhajících fyzikálních procesů, zejména analýze vnitřního rozložení elektrického pole a proudových hustot
S
G
D
xRxG
x
xJ
e
1
t
xn n
Užití virtuální realizace, analýza činnosti, simulace elektrických charakteristik
Elektronický prvek (MOSFET) způsoby reprezentace
G
D
S
B
V-A Charakteristika
Tranzistor je v této reprezentaci abstrahován jako 4-pól jehož elektrické vlastnosti jsou
popsány vzájemnými vztahy mezi proudy a napětími na jeho svorkách. Ty mohou být popsány analytickými vztahy nebo grafickým předpisem. Vztahy většinou závisí na více proměnných, jsou nelineární a odráží reálné chování struktury.
Užití analýza a charakterizace elektrických vlastností prvku zejména při jeho zapojení v
obvodu
UGS
[V]
UDS
[V]
ID [mA]
0
UDS
UGS
ID
Elektronický prvek (MOSFET) způsoby reprezentace
G
D
S
B
Obvodový model
Tranzistor je v této fázi reprezentován náhradním zapojením složeným z ideálních
obvodových prvků. Prvky mohou být pouze lineární nebo i nelineární. Model může aproximovat celou charakteristiku nebo jen její část. Součástí modelu jsou jeho parametry. Většina obvodových prvků má svůj reálný ekvivalent ve fyzické struktuře.
Užití obvodová analýza, simulace
0
Elektronický prvek (MOSFET) způsoby reprezentace
G
D
S
B
Simulační model
Tranzistor reprezentován textem, který mimo přiřazení vývodůA obsahuje odkaz na
použitý obvodový modelB a jeho parametryC.
Užití simulace v simulátoru, přechod do vyšší úrovně abstrakce
0
M1 DRAIN GATE SOURCE NMOS0P5/ELP * NMOS in model 0.5um CMOS Technology .model NMOS0P5/ELP NMOS (Level=1 + VTO=2 + L=2E-06 + W=9.2E-03 + UO=460 + LAMBDA=0.001 + KP=2.0E-03 )
DRAIN
GATE SOURCE
A
B
C
9
Ideální Dioda
A
K
UF
IF
UF [V]0
IF [mA]
závěrná polarizace
propustná polarizace
závěrná polarizace
0I0U AAK
A
K
UAK
IA=0 propustná polarizace
0U0I AKA
A
K
UAK=0
IA
• nelineární dvojpól • funguje jako jednocestný ventil (propouští proud pouze jedním směrem)
anoda
katoda
nevede proud vede proud při nulovém úbytku napětí
Rébus
A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace
D1
D2
U0
D3
R
D4
D5 D6 R
R
R R
I0
Určete velikost proudu I0 (Diody D1 až D6 považujte za ideální, U0=10V, R=10Ω).
Reálná Dioda
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
50
100
150
200
UF [V]
0
IF [mA]
80 70 60 50 40 30 20 10
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
UR [V]
IR [A]
Reálná Dioda – voltampérová charakteristika
UF@IF=50mA
UBR průrazné napětí
propustný úbytek IR@UR=50V
závěrný proud typicky nA@T=300K
e
nkTUeII F
nkT
eU
0F
F
,
A
K
UF
IF
A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace
Dioda – mezní parametry
UF [V]
0
IF [mA]
UR [V]
IR [A]
URRM
IFAV
IZ
UBR
IFAV Forward AVerage Current
IFSM Forward Surge Maximum Current
URRM Reverse Repetetive Maximum Voltage
URSM Reverse Surge Maximum Voltage
IZ Zener Current
A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace
Dioda – katalogový list
URRM Reverse Repetetive Maximum Voltage
IFAV Forward AVerage Current IFSM Forward Surge Maximum Current
UF Forward Voltage IR Reverse Current
Přístroje používané v A8B32IES
Zdroj stejnosměrného napětí
U1 U2
U1 U2
KOSTRA PŘÍSTROJE NEPOUŽÍVAT
Pevné napětí 5V/3A
NEPOUŽÍVAT nelze nastavit
proudové omezení
Oba přepínače vypnuté (= nezávislé zdroje U1 a U2)
VYPÍNAČ
15 A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace
Přístroje používané v A8B32IES
V, Ω
Multimetry – voltmetr, ohmmetr
V, Ω 16 A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace
Přístroje používané v A8B32IES
Multimetry – ampérmetr
A A 17 A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace
Přípravek pro měření VA charakteristik diod
volba diody
volba odporu Rx
A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace
Diody použité na přípravku
MEZNÍ PARAMETRY
TYP IFAV
(mA)
IFSM
(A)
URRM
(V)
URSM
(V)
Poznámka
1N4007 1000 40 1000 Křemíková usměrňovací dioda
s pn přechodem.
10BQ040 1000 430 40 40 Schottkyho usměrňovací dioda
ZD 3V3 Zenerova dioda 3.3 V
LED –IR 65 5 Infračervená GaAlAs svítivka
LED – RED 30 0.185 5 Červená InGaAlP svítivka
LED – YELLOW 30 0.175 5 Žlutá InGaAlP svítivka
LED - BLUE 30 0.150 5 Modrá svítívka GaN na SiC
A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace
UCC=15V R=1k7
Rébus
• zapojte 4 svítivky paralelně • postupně odpojujte propojky zleva a sleduje výsledek • postup opakujte avšak propojky odpojujte zprava • Pokuste se interpretovat výsledek pozorování
A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace
UCC
R = 100
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
2
4
6
8
10
12
14
UF [V]
0
IF [mA]
5 4 3 2 1
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
UR [V]
IR [A]
A
K
UF
IF
IF UF
UCC= R·IF + UF (1)
IF = f(UF) (2)
Měření statické VA charakteristiky diody
A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace
UCC
R = 100
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
2
4
6
8
10
12
14
UF [V]
0
IF [mA]
5 4 3 2 1
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
UR [V]
IR [A]
A
K
UF
IF
IF UF
UCC= R·IF + UF (1)
IF = f(UF) (2)
Dioda zapojená v lineárním obvodu / Nastavení pracovního bodu
A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace
Grafické řešení
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
2
4
6
8
10
12
14
UF [V]
0
IF [mA]
5 4 3 2 1
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
UR [V]
IR [A]
UCC= R·IF + UF
IF= (Ucc-UF)/R (1)
(2)
(1)
Ik= UCC/R
P0 [UFo,IFo]
UCC = Un
proud zdroje nakrátko
napětí zdroje naprázdno
pracovní bod
GRAF rce (1)
A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace
Princip měření VA charakteristiky
UCC=15V
Rx = 1k až 1M
IF UF
UF [V]
0
IF [mA]
R1
R2
R3
R4
UCC
1
CC
R
U
2R
UCC
3R
UCC
4R
UCC
R1<R2<R3<R4
A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace
Přípravek pro měření VA charakteristik diod
volba diody
volba odporu Rx
A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace
UCC=15V
V
A IF
UF
Rx=4k7
Zapojení pro měření VA charakteristik diod
UCC
Rx
UF IF V
A
Zpracování výsledků – list UF
u vybraných diod doplnit naměřené souřadnice UF a IF pracovních bodů
Rx
A8B32IES – 29.10.2014 – Polovodičová dioda – charakteristiky, parametry, aplikace