DSCF6608

172

E-3. Nieliniowe charakterystyki prądowo-napięciowe

1. Wstęp

Przedmiotem ćwiczenia jest badanie charakterystyk prądowo-napięciowych włókna wolframowego oraz diod półprzewodnikowych. W przypadku wolframu wzrost natężenia zasilającego powoduje zwiększenie mocy wydzielanej na włóknie i podwyższenie jego temperatury, co z kolei wywołuje typowy dla większości metali wzrost oporności (por. ćw. E—8). W takim wypadku:

dT 1

^-tg« = -*const.

Oznacza to, że kąt a pomiędzy styczną do charakterystyki I = I(U) i osią napięć ulega zmianie, co odpowiada nieliniowemu związkowi pomiędzy przyłożonym napięciem i natężeniem prądu płynącego przez włókno.

Również dla diody półprzewodnikowej spodziewamy się otrzymać nieliniową charakterystykę prądowo-napięciową. Wzrost temperatury, choć również odgrywa tutaj ważną rolę, nie jest jednak czynnikiem decydującym, o czym można się upewnić umieszczając badaną diodę w termostacie; nieliniowość charakterystyki związana jest z własnościami złącza n-p.

Pomiary i opracowanie

Włókno wolframowe będziemy badać metodą „statyczną”, ze względu na jego znaczną bezwładność cieplną (rys. 52). Do pomiarów wybieramy żarówkę o niskim nominalnym napięciu zasilania. Mały opór włókna takiej żarówki umożliwia użycie stabilizowanego zasilacza prądu stałego oraz pozwala na dokonanie dokładnego pomiaru napięcia zasilania.

Po wykreśleniu charakterystyki znajdujemy opór włókna R₀ w temperaturze pokojowej wyznaczając styczną w punkcie (0, 0); porównanie otrzymanego wyniku z rezultatem bezpośredniego pomiaru, wykonanego za pomocą precyzyjnego omomierza cyfrowego, da nam pewne wyobrażenie o dokładności metody graficznej. Graficznie znajdujemy również opór włókna w nominalnych warunkach pracy (ustalonych w oparciu o dane widoczne na cokole żarówki).

Do badania diody posłużymy się oscyloskopem i generatorem drgań jiusoidalnych (por. rys. 53). Napięcie z generatora zasila diodę D i połą-iiony z nią szeregowo opornik R. Różnica napięć, przyłożonych do anody katody diody, doprowadzona jest do płytek odchylania poziomego oscylo-iopu. Natomiast napięcie U = IR, odkładające się na oporniku, doprowa-janc jest do płytek odchylania pionowego. Napięcie to jest proporcjonalne lo natężenia prądu przepływającego przez opornik i diodę (ze względu na ściegowe połączenie obu elementów). Wynika stąd, że na ekranie oscylo-jopu widoczna będzie charakterystyka napięciowo-prądowa diody. Znając alość lampy oscyloskopu i wartość R można opisać osie napięcia i na-■ienia.

Pomiary należy powtórzyć dla diod kilku typów (w tym diody Zenera), umieszczając krzywe skopiowane z ekranu oscyloskopu na wspólnym wykresie, i następnie omówić otrzymane wyniki.

Pytania

1. Jaką moc miałaby użyta w pomiarach żarówka, gdyby oporność wlframu nie zależała od temperatury?

2. Wyjaśnić, w jaki sposób można stabilizować niskie napięcia za [mocą zwykłych diod.