1 a esperienza Diodo e Temperatura

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1 1 a esperienza Diodo e Temperatura ovvero come il funzionamento di un diodo dipende dalla temperatura.smerieri & L.Faè Scuola stiva AIF - PLS 2-6 Settembre Genova Circuito standard per una misura voltamperometrica A D V A : amperometro V : voltmetro : generatore di tensione continua regolabile da 0V a xxv D : dispositivo sotto misura 2

2 Piccolo Glossario Semiconduttore Semiconduttore drogato Semiconduttore drogato di tipo N Semiconduttore drogato di tipo P Giunzione PN o diodo 3 Polarizzazione diretta e inversa di un diodo La giunzione PN è un dispositivo UNIDIRZIONAL Polarizzazione Diretta può passare corrente corrente dell ordine del ma Polarizzazione Inversa praticamente non passa corrente corrente dell ordine del na 4

3 Curva caratteristica del diodo I D Asse y V D Asse x I 0 quazione del diodo dove V D è la tensione ai capi del diodo I D è la corrente nel diodo I 0, detta corrente inversa di saturazione, dipende dalla temperatura e vale circa una decina di na per diodi al Si alla temperatura ambiente [sarà oggetto di una delle prossime esperienze] η è un numero che vale circa 2 per il Si V T [ha le dimensioni di una tensione] dipende dalla temperatura e vale circa 26 mv a temperatura ambiente 6

4 nella equazione del diodo dove K è la costante di Boltzmann q e è la carica dell elettrone T è la temperatura assoluta in gradi Kelvin dove m è un numero puro che vale 1. V G0 è tensione corrispondente all energia del gap proibito tra la banda di conduzione e quella di valenza e vale 1.21 V per il Si 7 Misure sul diodo in polarizzazione diretta I D A R Diodo V D V Diodo 1N4148 R = 2200 Ω La temperatura del diodo deve essere mantenuta costante durante le misure Il generatore a disposizione non fornisce in uscita tensioni inferiori a 1. V per cui nel circuito occorre inserire la resistenza R posta in serie al diodo per limitare la corrente che circola Si varia o la tensione del generatore o il valore della resistenza R 8

5 Teoria e Misura Da un punto di vista matematico. I D A R Diodo V D V I I D D 1 = V R = f ( V ) D D + R quazione del circuito quazione del dispositivo R Corrente [ma] 4 Punto di lavoro Retta di carico ,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000 Tensione [V] 10

6 8 7 Si cambia il valore di R Corrente [ma] ,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000 Tensione [V] R 6 Corrente [ma] 4 3 Si cambia il valore di R ,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000 Tensione [V] 12

7 Strumentazione disponibile Alimentatore Regolazione Uscita Il generatore fornisce tensioni continue variabili da circa 1. V a 30 V e corrente massima 1A 13 Strumentazione disponibile Multimetro digitale Funzione 10A V ma - Ω COM 14

8 Identificazione dei pin del diodo - Catodo + Anodo Filo nero Filo rosso 1 Costruzione

9 Costruzione Dimensioni della sonda 18

10 I grafici Le curve sperimentali che seguono sono relative alle misure effettuate alla temperatura ambiente di 26 C alla temperatura del ghiaccio fondente di 0 C I grafici sono in scala lineare e in scala logaritmica Viene fatto anche il confronto diretto tra le curve caratteristiche relative alle due temperature Le tabelle dei dati sperimentali sono riportate su fogli XCL 19 temp amb 26 C V(mV) I(mA) V(mV) Ln corrente 0 0, ,1 49-1, , ,43 8 0,37 8-0, ,6 8-0, , , , , , 629 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , ,944 20

11 Diodo 1N Temp. 26 C 7 6 Corrente nel diodo [ma] Tensione ai capi del diodo [mv] 21 Diodo 1N Temp. 26 C 2, 2,0 1, In nero la linea di tendenza logaritmo naturale della corrente 1,0 0, 0, , -1,0-1, -2,0-2, Tensione sul diodo [mv] 22

12 a zero gradi V(mV) I(mA) V(mV) Ln corrente 0 0, , , , , , , , , , , , , ,9 67 0, , , , , , , , , Diodo 1N Temp. 0 C 7 6 Corrente nel diodo [ma] Tensione ai capi del diodo [mv] 24

13 Diodo 1N Temp. 0 C 2,0 1, 1,0 In nero la linea di tendenza logaritmo naturale della corrente 0, 0, , -1,0-1, -2,0-2, -3,0 Tensione sul diodo [mv] 2 Risultati a confronto Diodo 1N C Corrente nel diodo [ma] C Tensione ai capi del diodo [mv] 26

14 Risultati a confronto Diodo 1N4148 2, 2,0 In nero le linee di tendenza 1, 26 C logaritmo naturale della corrente 1,0 0, 0 C 0, , -1,0-1, -2,0-2, -3,0 Tensione sul diodo [mv] 27 Osservazioni Si vede che al crescere della temperatura la curva caratteristica si sposta verso l asse delle ordinate Rimane da studiare come avviene questo spostamento. Lo vedremo nella seconda esperienza 28