Elektroniikan

LABORATORIOTYÖ

N:o A1

Työryhmä no:1

Palautettu:_____ _______ ______ _____________

Tarkastanut:_____ _______ ______ ____________ Selostuksen laatija:

Sisällysluettelo:

2.0 Osat ja laitteet

3.0 Mittaus tulokset

3.1 DC-jännite mittaus

3.2 DC-virran mittaus

3.3 AC-jännite mittaus

3.4 Diodin 1N4148 mittaus huoneen lämmössä ja lämmitettynä

3.5 Diodin 1N4002 mittaus huoneen lämmössä ja lämmitettynä

3.6 Zener-diodin mittaus myötäsuunnassa

3.7 Zener-diodin mittaus estosuunnassa

4.0 Kysymyksiä ja vastauksia

5.0 Diodien ominaiskäyrät

ELEKTRONIIKAN LABORATORIOTYÖ A1

Virta- ja jännitemittauksia sekä diodien staattisten ominaisuuksien tutkiminen

1.0 Annettu tehtävä:

Käyttömittarien tarkistaminen vertaamalla niitä tarkkuusmittarin näyttämään. 919b15j

Mitataan diodien 1N4148 ja 1N4002 jännitearvoja huoneenlämpötilassa 26.6C ja lämmitettynä diodit noin +50 C lämpötilaan ja tutkitaan myötäsuuntaisia ominaiskäyriä molemmissa lämpötiloissa. Mitataan myös Zener-diodin jännitearvoja huoneenlämpötilassa myötäsuuntaan sekä estosuuntaan.

Teoria:

Puolijohdediodeilla 1N4148 ja 1N4002 on tasasuuntaava ominaisuus eli ne päästävät virran lävitseen vain myötäsuunnassa ja estävät virran kulun täysin estosuunnassa. Diodilla on aina noin 0,7 V kynnysjännite, jonka jälkeen virta vasta merkittävästi kasvaa.

Puolijohde diodin virtayhtälö on:

= diodin estovirta

h = vakio, piidiodeilla h

= lämpötilan jännite-ekvivalentti (esim. T=300K =26mV)

Zener-diodissa syntyy läpilyönti, jos sen estosuuntainen jännite ylittää ns. zener jännite arvon. Diodin estosuuntainen virta kasvaa silloin voimakkaasti ja normaali diodi tuhoutuu, mutta zener-diodissa esim. BZV 8,2V läpilyönti on hallittu siten, että sitä voi käyttää hyödyksi.

2.0 Käytetyt välineet:

HP 34401A

Fluke 8010

Fluke 79

Fluke 75

HP 33120A Funktio generaattori

liukusäätövastus 1000 ohm

komponentti laatikko jossa diodit 1N4148,1N4002 ja 8,2V Zener diodi

tasajännitelähde

kytkentäalusta

lämpöpuhallin

lämmön mittausanturi Flukeen

2.1 Työnsuoritus:

Työssä mitattiin useilla erilaisilla mittareilla jännitteitä sekä virtoja, joita sitten verrattiin HP 34401A tarkkuus mittariin. Työ aloitettiin jännite mittauksella, jossa yleismittarit kytkettiin virtalähteen rinnalle ja sitten säädettiin jännitelähdettä välillä 1 - 10V . Sen jälkeen tulokset kirjattiin ylös jokaisen mittarin kohdalta. Virran mittauksessa toimittiin samaan tapaan kuin jännite mittauksissa, mutta nyt mittarit kytkettiin sarjaan säädettävän vastuksen kanssa virtalähteeseen ja säädettiin virtaa välillä 10mA - 100mA. AC - jännite mittauksissa toimittiin samalla tavalla, mutta jännitelähteenä käytettiin Funktio generaattoria, jossa taajuus säädettiin 1kHz:iin ja jännite välillä 100mV - 1V .

Diodien mittauksissa toimittiin samaan tapaan kuin aikaisemminkin, mutta tässä virran mittauksessa käytettiin HP 34401A tarkkuus mittaria ja jännitteen mittauksessa Fluke 79 ja 75. Lisäksi kytkentään lisättiin sarjaan säädettävä 1k ohmin vastus ja jännitelähteenä käytettiin tavallista DC-jännitelähdettä. Mittasimme diodin yli olevan jännitteen huoneen lämmössä ja lämmitettynä +50 asteeseen molemmista diodeista. Zener-diodin osalta tehtiin myötäsuuntaisen mittauksen lisäksi zener-diodin estosuuntainen mittaus, jossa muut osat ja kytkennät pysyvät kuitenkin samana.

3.0 Mittaustulokset:

3.1 DC-jännite mittaus:

3.2 DC-virran mittaus:

3.3 AC-jännite mittaus:

3.4 Diodin (1N4148) mittaus:

Huoneen lämmössä 26,6C

Lämmitettynä 50C

3.5 Diodin (1N4002) mittaus:

Huoneen lämmössä 26,6C

Diodin (1N4002) mittaus:

- Lämmitettynä 50C

3.6 Zener-diodin (BZV 8,2V) mittaus:

-myötäsuunnassa

Zener-diodin (BZV 8,2V) mittaus:

-estosuunnassa

4.0 Kysymyksiin vastauksia:

4.1 Mittarien ottoimpedanssit:

Ottoimpedanssit ovat kaikissa mittareissa aika suuria 11MW, jolloin niiden kuormitus

mitattavaan laitteeseen on vähäistä. Tarkkuus mittareilla ottoimpedanssi on suurempi kuin käyttömittareilla, joten ne on myös tarkempia.

4.2 Virtamittareiden sisäiset vastukset:

Virtamittareiden sisäiset vastukset ovat aika pieniä W, mutta lähinnä käyttömittareiden

sisäiset vastukset vaikuttavat mitattavaan laitteeseen, jolloin niiden avulla mitattava virta on todellisuutta pienempi. Käyttömittarit aiheuttavat erittäin pienen jännite häviön.

4.3 Laskennallinen mittaus:

Tarkoissa mittauksissa virtamittareiden häviöt ovat jo niin suuria, että mittaus tarkkuus kärsii.

Sen takia mitataan esim. vastusten yli vaikuttava jännite, joka sitten jaetaan vastuksen arvolla.

4.4 Vastinkytkennät:

Diodien 1N4148, 1N4002 ja BZV8,2V vastinkytkennät:

Diodi 1N4148:

kytkennän resistanssi R = 1000

dynaaminen resistanssi

kynnysjännite on ominaiskäyrästä arvioiden noin 0,66V.

esim. I = 11,2mA.

E = I*R + + I*r = 1000 0,0112A + 0,66V + 0,0112 * 6,37 = 11,93V

Diodi 1N4002:

kytkennän resistanssi R = 1000

dynaaminen resistanssi

kynnysjännite tulostetusta ominaiskäyrästä arvioiden noin 0,7V.

esim. I = 11,24 mA

E = I*R + + I*r = 1000 * 0,01124A + 0,62V + 0,01124A * 5,45 = 11,92V

Zener-diodi BZV 8,2V :

kytkennän resistanssi R = 1000

dynaaminen resistanssi

kynnysjännite tulostetusta ominaiskäyrästä arvioiden noin 0,7V.

esim. I = 11,22mA.

E = I*R + + I*r = 1000 * 0,01122A + 0,7V + 0,01122A * 4,67 = 11,97V

Lopputulokset

Diodi 1N4148:

kynnysjännite = 0,66V

vastinkytkennässä:

dynaaminen resistanssi r = 6,37

lähdejännite E =11,93V

Diodi 1N4002:

kynnysjännite = 0,62V

vastinkytkennässä:

dynaaminen resistanssi r = 5,45

lähdejännite E=11,94V

Zener-diodi BZV8,2V:

myötäsuuntainen kynnysjännite = 0,70V

estosuuntainen kynnysjännite = 7,64V

vastinkytkennässä:

dynaaminen resistanssi r = 4,67

lähdejännite E=11,97V

5.0 Diodien ominais käyrät teoriassa: