PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR ANFÄNGER LGyGe. E 7 - Dioden

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1 PHYSIKALISCHES PRAKTIKM FÜR ANFÄNGER LGyGe 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 P. A. Tipler Physik Kap. Dotierte Halbleiter und Anwendungen Gerthsen, Kneser, Vogel: Physik Kap. Halbleiter; Hilpert: Halbleiterbauelemente 2. Experiment Geräte: 1 Netzgerät (erdfrei, für Gleich- und Wechselspannung), 2 digitale Vielfachmessinstrumente 1 Vielfachmessgerät, Multavi 1 bipolares Netzgerät 1 Oszilloskop 1 XY-Schreiber Widerstände und Dioden

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 b) mit Hilfe eines Oszilloskopen (Diodenspannung über CH. I -Eingang darstellen, Diodenstrom mittels Messwiderstand über CH. II -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 benutzen Sie dazu das bipolare Netzgerät. Den Messaufbau entnehmen Sie der Schaltung, siehe unten. Diskutieren Sie mit Ihrem Betreuer die Wahl des Messwiderstandes und welchen Messfehler sie bei der Messung von Strom und Spannung machen. Handelt es sich bei diesem Aufbau um eine Strom oder Spannungsfehlermessung?

3 2.2) Messen Sie die Kennlinie einer Zenerdiode mit dem Verfahren, das Ihnen am geeignetsten erscheint (Achtung: Zenerdioden gibt es für unterschiedliche Knickspannungen). 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 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:

4 (t) ~,ss 2.4) Mit Hilfe einer Zenerdiode soll eine Gleichspannung stabilisiert werden. t 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. 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. In welcher Größenordnung liegt der Diodenwiderstand im Sperrbereich und im Durchlassbereich? 3.2) Interpretieren Sie die Kennlinie der Zenerdiode. 3.3)

5 Interpretieren Sie kurz die 3 Oszillogramme (t) von 2.3. Geben Sie für alle 3 Oszillogramme die Restwelligkeit an 3.4) ~ ss S = Interpretieren Sie ebenfalls kurz die Beobachtung von 2.4.

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