| |
|
Bitte beachte die Copyrighthinweise.
Diodenkennlinie
Aufgabenstellung
· Aufnahme einer Diodenkennlinie für verschiedene Dioden bei verschiedenen Temperaturen
· Berechnung der Werte für das mathematischen Modell der Kennlinie
1 Meßaufbau
Die Kennlinien wurden mit einem X/Y-Schreiber aufgenommen. Hierzu wurde an den einen X-Kanal die Diodenspannung angelegt während der Strom über einen Meßwiderstand - gleichzeitig Vorwiderstand - am Y-Kanal gemessen wurde. Hierbei wurde die Vierleitermeßtechnik mit direkem Spannungsabgriff an der Diode/dem Widerstand und sehr kurzen Leitungen für geringe Spannungsverluste verwendet. Für die Erhöhung der Temperatur befand sich die Diode in einem Wasserbehälter. Hier ist für eine ausreichende Wasserzirkulation zu sorgen.
Der Vorwiderstand sollte selbstverständlicherweise möglichst genau sein.
Eine Aufnahme mit dem Oszilloskop ist ebenfalls möglich, hierbei ist jedoch zu beachten, daß die Masse der zwei Kanäle verbunden ist und somit zwischen Diode und RV geschaltet werden muß
Es wurde jeweils eine Diode 1N4148 und 1N4004 vermessen.
Mit P1 wurde die Temperatur gemessen, mit P5 die Spannung am Heizwiderstand.
Da die Erwärmung der Wassers mittels eines Leistungswiderstands durchgeführt wurde, mußte dieser zuvor dimensioniert werden:
Vor der ersten Messung bei jeder Diode wurde ein neues Blatt eingespannt und während der Aufnahme des Kennlinienfelds nicht mehr verschoben oder ausgespannt. Nun wurde der Nullpunkt des X/Y-Schreibers abgeglichen und danach eine bestimmte Spannung/Strom mithilfe von P4/P3 eingestellt und die Skallierung des Schreibers mit einem Kalibrierungsregler abgeglichen.
Jetzt wurde eine erste Messung mit der Diode im noch nicht erwärmten Wasser durchgeführt, danach jeweils bis auf eine gewisse Temperatur geheizt, die Heizspannung abgeschaltet und eine weitere Messung durchgeführt (Kennlinie und Temperatur).
Gemessene Temperaturen:
|
T |
1N4148 T[ºC] |
1N4004 T[ºC] |
|
T0 |
18,8 |
16,6 |
|
T1 |
35,6 |
39,8 |
|
T2 |
49,6 |
50,2 |
|
T3 |
62,3 |
59,0 |
3 4 Mathematische Auswertung
4.1 Innenwiderstand
Aus der Gleichung rd=DU/DI laßt sich der dyn. Innenwiderstand ermitteln:
|
1N4148 |
1N4004 |
|
|
DI |
50mA-20mA |
50mA-20mA |
|
DU |
0,865V-0,8 |
0,775V-0,725V |
|
rd |
2,17 W |
1,67 W |
4.2 Temperaturkoeffizient
Aus der Gleichung TK=DU/DT laßt sich der Temperaturkoeffizient ermitteln:
Die Meßwerte wurden bei 50mA abgelesen.
|
1N4148 |
1N4004 |
|
|
DT |
62,3ºC-18,8ºC |
59,0ºC-16,6ºC |
|
DU |
0,060V |
0,070V |
|
TK |
1,38mV/ºC |
1,65mV/ºC |
4.3 Mathematisch exakte Beschreibung der Diode
Die Auswertung dieser algebraisch nicht lösbaren Gleichung in 2 Variablen (I0, m) wurden 2 Punkte auf der Kennlinie herangezogen und in die Gleichung eingesetzt (Zuvor mußte noch die Spannung UT ermittelt werden).
Die Gleichung wurde für die Diode
a) 1N4004 bei 16,6 ºC (linke Seite) und
b) 1N4148 bei 62,3 ºC (rechte Seite) gelöst.
5 Interpretation der Meßergebnisse
Die Kennlinien zeigen den erwarteten Verlauf. Bei der 1N4004 liegen UTH und rd unter und der Temperaturkoeffizient über den Werten von der 1N4148-Diode.
Laut Datenblatt liegt der Wert von rd bei der 1N4004-Diode unter dem gemessenen (0,150W statt 1,67W), jedoch in einem Strombereich bei 1 bis 2A, in dem die Kennlinie viel steiler verläuft als in den von uns gemessenen 50mA, die aus dem Datenblatt-Diagramm nicht mehr gut ablesbar waren. Der Temperaturkoeffizient aus dem Datenblatt stimmt mit 1,33mV/ºC gut mit dem hier vorliegenden Wert von 1,65mV/ºC überein.
Die Kennlinien sind praktisch genau nach links verschoben, die Ausführung mit einem Heizwiderstand in einem Wasserbehälter lieferte hier gute Ergebnisse. Es wurde jedoch kein destilliertes Wasser verwendet - das Meßergebnis des Stroms könnte dadurch ganz leicht erhöht worden sein.
Die rechnerische Ermittlung des Dotierungsfaktors und spez. Reststroms ergibt die aus der Theorie bekannten Werte
