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 2008 - 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
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
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
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
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 9 8 7 6 R Corrente [ma] 4 Punto di lavoro Retta di carico 3 2 1 0 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000 Tensione [V] 10
8 7 Si cambia il valore di R Corrente [ma] 6 4 3 2 1 0 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000 Tensione [V] 11 8 7 R 6 Corrente [ma] 4 3 Si cambia il valore di R 2 1 0 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000 Tensione [V] 12
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
Identificazione dei pin del diodo - Catodo + Anodo Filo nero Filo rosso 1 Costruzione 1 1 2 16
Costruzione 2 3 4 17 Dimensioni della sonda 18
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 0,00 49 0,1 49-1,924 37 0,24 37-1,43 8 0,37 8-0,986 8 0,6 8-0,431 612 1,11 612 0,100 620 1,30 620 0,29 629 1, 629 0,439 636 1,78 636 0,7 644 2,06 644 0,723 61 2,36 61 0,89 69 2,77 69 1,019 671 3,39 671 1,221 680 4,00 680 1,386 691 4,99 691 1,607 702 6,04 702 1,798 710 6,99 710 1,944 20
Diodo 1N4148 - Temp. 26 C 7 6 Corrente nel diodo [ma] 4 3 2 1 0 0 100 200 300 400 00 600 700 800 900 1000 Tensione ai capi del diodo [mv] 21 Diodo 1N4148 - Temp. 26 C 2, 2,0 1, In nero la linea di tendenza logaritmo naturale della corrente 1,0 0, 0,0 0 100 200 300 400 00 600 700 800 900 1000-0, -1,0-1, -2,0-2, Tensione sul diodo [mv] 22
a zero gradi V(mV) I(mA) V(mV) Ln corrente 0 0,000 40 0,11 40-2,163 94 0,21 94-1,61 61 0,37 61-0,994 63 0,61 63-0,494 60 0,86 60-0,11 663 1,22 663 0,1989 67 1,9 67 0,4637 684 2,01 684 0,6981 700 3,02 700 1,103 711 3,99 711 1,3838 720 4,99 720 1,6074 23 Diodo 1N4148 - Temp. 0 C 7 6 Corrente nel diodo [ma] 4 3 2 1 0 0 100 200 300 400 00 600 700 800 900 1000 Tensione ai capi del diodo [mv] 24
Diodo 1N4148 - Temp. 0 C 2,0 1, 1,0 In nero la linea di tendenza logaritmo naturale della corrente 0, 0,0 0 100 200 300 400 00 600 700 800 900 1000-0, -1,0-1, -2,0-2, -3,0 Tensione sul diodo [mv] 2 Risultati a confronto Diodo 1N4148 7 6 26 C Corrente nel diodo [ma] 4 3 2 0 C 1 0 0 100 200 300 400 00 600 700 800 900 1000 Tensione ai capi del diodo [mv] 26
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 0,0 0 100 200 300 400 00 600 700 800 900 1000-0, -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