P4.1.3.2 - LD Didactic

Elektronik
Bauelemente, Grundschaltungen
Dioden
LD
Handblätter
Physik
P4.1.3.2
Aufzeichnung der StromSpannungs-Kennlinien
von Z-Dioden
Versuchsziel
g Untersuchung des Zusammenhanges zwischen Spannung U und der Stromstärke I bei Z-Dioden
Grundlagen
Aufbau
Halbleiter-Bauelemente bestimmen in nahezu allen Bereichen die elektronische Schaltungstechnik. Zu den einfachsten Bauelementen gehören die Halbleiter-Dioden. Sie enthalten einen Halbleiter-Kristall, in dem ein n-leitendes und ein
p-leitendes Gebiet aneinandergrenzen. Durch Rekombination
der Ladungsträger, also der Elektronen aus dem n-leitenden
und der Löcher aus dem p-leitenden Gebiet, entsteht in der
Grenzschicht eine Zone geringer Leitfähigkeit. Sie wird vergrößert, wenn ein äußeres elektrisches Feld die Elektronen
bzw. die Löcher aus der Grenzschicht zieht. Diese Richtung
des elektrischen Feldes wird als Sperrrichtung bezeichnet.
Bei genügend großer Spannung kann ein Durchschlag erfolgen. Bei Durchbruchspannungen unter 5 V wirkt der ZenerEffekt (Zener-Dioden), bei größeren Spannungen wirkt der
Lawinen-Durchbruch (Avalanche-Effekt , Z-Dioden).
Bei umgekehrtem elektrischen Feld werden Elektronen bzw.
Löcher in die Grenzschicht getrieben und erleichtern den
Stromdurchgang durch die Diode.
Im Experiment werden die Strom-Spannungskennlinien zweier Z-Dioden punktweise von Hand gemessen und aufgezeichnet. Besonderer Augenmerk liegt dabei auf der Durchbruchspannung in Sperrrichtung, ab der der Strom lawinenartig ansteigt. Der Strom wird auf Ladungsträger in der Sperrschicht zurückgeführt, die, von der angelegten Spannung
beschleunigt, weitere Atome des Halbleiters durch Stoß ionisieren.
KEM-0806
Geräte
1 Rastersteckplatte, DIN A 4 .................................576 74
1 STE Widerstand 100 Ω .......................................577 32
1 STE Z-Diode ZPD 9,1 ........................................578 54
1 STE Z-Diode ZPD 6,2 ........................................578 55
1 AC/DC-Netzgerät ...............................................521 485
2 Vielfach-Messgerät LD-analog 20 ......................531 120
1 Experimentierkabel, rot, 100 cm.........................500 441
2 Paar Kabel, rot und blau, 50 cm .........................501 45
Durchführung
- Versuchaufbau gemäß Abbildung. Messgrößen, Messbereiche und Polaritäten an den Messgeräten beachten.
Z-Diode ZPD 6,2 in Durchlassrichtung einsetzen (Pfeil
zeigt in Stromrichtung).
- Kennlinie aufnehmen: Dazu Spannung U – bei 0 V beginnend – vorsichtig erhöhen und Stromstärke I beachten.
Stromstärke I = 30 mA nicht überschreiten.
- Bei verschiedenen Spannungen U die Stromstärke I messen und Wertepaare in die Tabelle 1 eintragen.
- Diode umdrehen, d.h. in Sperrrichtung betreiben. Spannung U – bei 0 V beginnend - vorsichtig erhöhen und
Stromstärke I beachten. Stromstärke I = 30 mA nicht überschreiten.
- Bei verschiedenen Spannungen U die Stromstärke I messen und Wertepaare in die Tabelle 2 eintragen.
- Versuch mit der Z-Diode ZPD 9,1 wiederholen.
LD Didactic GmbH . Leyboldstrasse 1 . D-50354 Hürth . Telefon: (02233) 604-0 . Fax: (02233) 604-222 . e-mail: [email protected]
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Gedruckt in der Bundesrepublik Deutschland
Technische Änderungen vorbehalten
P4.1.3.2
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Messbeispiel
LD Handblätter Physik
Auswertung und Ergebnisse
Tabelle 1 : Z-Dioden in Durchlassrichtung
Z-Diode ZPD 6,2
Z-Diode ZPD 9,1
U
V
I
mA
U
V
I
mA
0
0
0
0
0,2
0
0,2
0
0,4
0
0,4
0
0,6
0
0,6
0
0,7
1,0
0,7
0
0,78
5
0,76
5
0,82
10
0,78
10
0,84
15
0,80
15
0,86
20
0,81
20
0,88
25
0,82
25
0,90
30
0,83
30
In Durchlassrichtung verhält sich eine Z-Diode wie eine normale
Diode mit einer Schwellenspannung von ca. 0,7 V
In Sperrrichtung gibt es eine Durchbruchspannung (ZenerSpannung), ab der die Z-Diode niederohmig wird. Die Spannung bleibt auch für größere Stromstärken annähernd konstant.
Tabelle 2 : Z-Dioden in Sperrrichtung
Z-Diode ZPD 6,2
Z-Diode ZPD 9,1
U
V
I
mA
U
V
I
mA
0
0
0
0
1
0
1
0
2
0
3
0
3
0
5
0
4
0
7
0
5,8
0
9
0
6,1
5
9,4
5
6,2
10
9,6
10
6,2
15
9,7
15
6,2
20
9,8
20
6,.2
25
9,9
25
6,2
30
10
30
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