Universität - GH Essen Fachbereich 7 Physik PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR ANFÄNGER. E 7 - Dioden

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1 niversität - GH Essen Fachbereich 7 Physik PHYSIKALISCHES PRAKTIKM FÜR ANFÄNGER Versuch: E 7 - Dioden 1. Grundlagen nterschied zwischen Leitern, Halbleitern und Isolatoren, Dotierung von Halbleitern (Eigen- und Fremdleitung, Donatoren und Akzeptoren), pn-übergang ohne angelegte Spannung, pn-übergang bei angelegter Spannung (Funktionsweise einer Diode, Kennlinie), Verfahren zur Messung der Diodenkennlinie (s. 2.1.) Literatur Alonso-Finn: Fundamental Physics III, Kap. 6.6.; Gerthsen, Kneser, Vogel: Physik (14. Auflage), Kap. 14.; Hilpert: Halbleiterbauelemente, Kap. 1.1., 1.2., 2.1., Experiment Geräte: 1 Netzgerät (erdfrei, für Gleich- und Wechselspannung), 1 Vielfachmeßinstrument Multavi, 1 Vielfachmeßinstrument Siemens, 1 Oszilloskop 1 XY-Schreiber

2 2.0) Die Schaltung zur Messung der Dioden-Kennlinie nach 2.1 ist jeweils selbständig aufzubauen. Überlegen Sie vor Beginn der jeweiligen Messung, welche Belastung die Bauelemente maximal ertragen und wählen Sie entsprechende Schutzmaßnahmen (Schutzwiderstand vor Diode). Bei Überschreiten der zulässigen Grenzwerte (maximale Verlustleistung 0,4 W) wird die Diode zerstört! 2.1) Nehmen Sie die Strom-Spannungskennlinie einer Si-Diode D1/1000 auf 3 verschiedene Arten auf: (Zeichnen Sie vor Beginn jeder Messung ein Schaltbild): a) mit Hilfe von 2 Vielfachinstrumenten (überlegen Sie, welches Vielfachinstrument zur Messung des Diodenstromes besser geeignet ist); b) mit Hilfe eines Oszilloskopen (Diodenspannung über YA-Eingang darstellen, Diodenstrom mittels Meßwiderstand über YB-Eingang darstellen und XY-Taste drücken, bzw. XY-Einstellung wählen; Achtung, bei Verwendung eines Oszilloskops wird die Schaltung automatisch geerdet. Demzufolge muß der Abgriff von Strom- und Spannungsmessung genau überlegt werden.) c) mit Hilfe eines XY-Schreibers (Da kein bipolares Netzteil (Spannungsversorgung) zur Verfügung steht, müssen zur Aufnahme einer vollständigen Kennlinie die Anschlüsse einmal umgepolt werden. Alternativ gibt es eine Schaltmöglichkeit unter Verwendung von einem Potentiometer und zwei Widerständen. Wissen Sie wie? Welchen Nachteil hat diese Schaltung?) 2.2) Messen Sie die Kennlinie einer Zenerdiode mit dem Verfahren, was Ihnen am geeignetsten erscheint (Achtung: Zenerdioden gibt es für unterschiedliche Knickspannungen).

3 2.3) Eine Wechselspannung (ss = 10 V) soll mit Hilfe einer Halbleiterdiode gleichgerichtet und anschließend geglättet werden. Stellen Sie die folgenden Vorgänge auf dem Oszilloskopschirm dar und skizzieren Sie diese. a) Gleichrichtung einer Wechselspannung Schaltung: 1 kω Zeitbasis b) Glättung einer Wechselspannung durch Schaltung eins Ladekondensators C = 47 µf parallel zu R = 1 kω) c.) Glättung einer Wechselspannung durch Schaltung eines Ladekondensators C = 100 µf parallel zu R = 1 kω Messen Sie für jeden Fall Gleich- und Wechselspannungsanteil. (Messung des Gleichspannungsanteils mit einem Multavi). Erläuterung: Jedes (t) kann man in einem Gleichspannungsanteil zeitlicher Mittelwert von (t) ) und einen Wechselspannungsanteil ~ (t) zerlegen: (t) ~,ss t

4 2.4) Mit Hilfe einer Zenerdiode soll eine Gleichspannung stabilisiert werden. Schaltung: 220 Ω = 30 V ss R L 470 µ F Zeitbasis 220 Ω Messen Sie die Ausgangsspannung mit Hilfe eines Oszilloskops für verschiedene Lastwiderstände RL (47 kω, 10 kω, 4,7 kω) und protokollieren Sie Ihre Beobachtungen! Was ändert sich, wenn Sie die Eingangsspannung (30 Vss) verringern? Skizzieren Sie die Form der Ausgangsspannung.

5 3.Auswertung 3.1) Tragen Sie die Ergebnisse von 2.1 a) - c) in ein einziges Diagramm ein (am besten in das XY-Schreiber-Diagramm) und vergleichen Sie die verschiedenen Meßverfahren hinsichtlich ihrer Genauigkeit (Fehlerbalken!). Geben Sie die Knickspannung der Si-Diode an. Geben Sie eine obere Grenze für den Sperrstrom an. Ich welcher Größenordnung liegt der Diodenwiderstand im Sperrbereich und im Durchlaßbereich? 3.2) Interpretieren Sie die Kennlinie der Zenerdiode. 3.3) Interpretieren Sie kurz die 3 Oszillogramme (t) von 2.3. Geben Sie für alle 3 Oszillogramme die Restwelligkeit an. ~ss S = 3.4) Interpretieren Sie ebenfalls kurz die Beobachtung von 2.4. Schätzen Sie jeweils den systematischen Fehler Ihrer Messungen ab.