Zhrnutie na Polovodičové diódy a elektrické merania

## Úvod Elektrotechnické merania sú základom pre pochopenie správania elektrických súčiastok a obvodov. Tento materiál sa zameriava na meranie polovodičovej diódy V-A metódou a všeobecné meranie napätia, prúdu a odporu touto metódou. Materiál je upravený pre študenta, ktorý štúdium absolvuje samostatne (not attending) a potrebuje jasné vysvetlenie, praktické príklady a súhrn základných pojmov. ## 1. Polovodičová dióda a V-A metóda ### Čo je polovodičová dióda > **Definícia:** Polovodičová dióda je elektronická súčiastka vytvorená PN prechodom, ktorá vedie prúd prevažne v jednom smere. ### Základné vlastnosti diódy - Vedie prúd iba v jednom smere. - V priepustnom smere má malý odpor. - V závernom smere má veľký odpor. > **Vývody diódy:** anóda (A), katóda (K). Prúd preteká od anódy ku katóde. ### Polarizácia diódy - Priepustný smer: anóda pripojená na kladný pól, katóda na záporný pól, dióda vedie prúd. - Záverný smer: anóda na záporný pól, katóda na kladný pól, dióda takmer nevedie prúd. ### V-A metóda merania diódy > **Význam V-A metódy:** Používa sa na meranie napätia a prúdu, zistenie vlastností diódy a vytvorenie V-A charakteristiky. #### Potrebné prístroje a zapojenie - Zdroj jednosmerného napätia. - Ampérmeter (zapojený sériovo s diódou). - Voltmeter (zapojený paralelne k dióde). - Rezistor (predradník) na obmedzenie prúdu. Schéma zapojenia: ampérmeter v sérii, voltmeter paralelne k dióde, v sérii s celou vetvou pred radom rezistor na ochranu. #### Postup merania 1. Zostavte obvod s predpísaným rezistorom. 2. Postupne zvyšujte napätie zdroja. 3. Pri každom kroku merajte napätie na dióde $U$ a prúd $I$ pretekajúci diódou. 4. Zapisujte hodnoty do tabuľky a nakreslite graf $I$ versus $U$. ### V-A charakteristika diódy > **Definícia:** V-A charakteristika vyjadruje závislosť prúdu $I$ od napätia $U$. - V priepustnom smere: pri malom napätí je prúd veľmi malý; po prekročení prahového napätia prúd prudko rastie. - Prahové napätie: kremíková dióda približne $0{,}7\,\mathrm{V}$, germániová dióda približne $0{,}3\,\mathrm{V}$. - V závernom smere: tečie iba malý záverný prúd, po prekročení prierazného napätia dôjde k prudkému nárastu prúdu. > **Význam charakteristiky:** Pomocou nej zisťujeme vlastnosti diódy, prahové napätie, prierazné napätie a správnu funkciu súčiastky. ### Praktický príklad merania diódy - Nastavte zdroj a rezistor tak, aby maximálny prúd bol bezpečný pre diódu (napr. $I_{max} = 20\,\mathrm{mA}$ pre LED). - Merajte $U$ a $I$ pri krokoch napr. $0{,}1\,\mathrm{V}$ až do relatívne silného prúdu. - Vytvorte graf $I(U)$ a určite prahové napätie sledovaním bodu, pri ktorom prúd začína rýchlo rásť. Did you know that many LED diódy majú prahové napätie od $1{,}6\,\mathrm{V}$ do $3{,}4\,\mathrm{V}$ v závislosti od farby a materiálu? ## 2. Meranie napätia, prúdu a odporu V-A metódou ### Základné elektrické veličiny > **Napätie $U$:** rozdiel elektrických potenciálov, jednotka volt ($\mathrm{V}$). > **Prúd $I$:** pohyb elektrónov vo vodiči, jednotka ampér ($\mathrm{A}$). > **Odpor $R$:** schopnosť vodiča brániť prechodu prúdu, jednotka ohm ($\Omega$). ### Ohmov zákon > Vzťah medzi veličinami vyjadruje Ohmov zákon: $$R = \frac{U}{I}$$ ### V-A metóda pre R - Postup: zostavte obvod s meraným rezistorom, zmerajte $U$ a $I$, vypočítajte $R$ podľa Ohmovho zákona. Príklad: Ak $U = 12\,\mathrm{V}$, $I = 2\,\mathrm{A}$, potom $$R = \frac{12}{2} = 6\,\Omega$$ ### Ampérmeter a voltmeter – praktické poznámky - Ampérmeter sa zapája sériovo a má veľmi malý vnútorný odpor. - Voltmeter sa zapája paralelne a má veľmi veľký vnútorný odpor. ### Bočník a pred radník > **Bočník:** rezistor s veľmi malým odporom, zapojený paralelne k ampérmetru, používa sa na rozšírenie rozsahu ampérmetra tak, že časť prúdu preteká cez bočník. > **Predradník:** rezistor zapojený sériovo, používa sa na obmedzenie prúdu a ochranu súčiastok alebo na rozšírenie rozsahu voltmetra. Tabuľka: porovnanie bočníka a predradníka | Funkcia | Bočník