Versuch 02: Diodenmessung

---

Statische und dynamische Kennlinien einer Diode, einer LED und einer Z-Diode werden gemessen.

2.1 Vorbereitung Diodengleichung

Die einfache Diodengleichung lautet:

\( I_D = I_S\left(e^\frac{U_D}{nU_T}-1\right) \)	\( U_T = \frac{k \cdot T}{q} \)
Die Parameter sind: IS: Sättigungsstrom UD: Diodenspannung n: Emmisionskoeffizient 1..2	(T=293K, UT≈25mV) k: Boltzmann-Konstante k=1,380·10-23J/K T: absolute Temperatur q: Elementarladung q=1,602·10-19C

2.2 Messaufbau

Es steht das Electronic Explorer Board für die Messung zur Verfügung. Die Verdrahtung ist links oben im Bild gezeigt und der entsprechende Schaltplan rechts oben. Die zu messenden Kennlinien sind darunter abgebildet. Die Bedienung des Aufbaus erfolgt mit der Steuersoftware Waveforms.
Bedienung des Electronic Explorers
Nach dem Start des Programms erscheint die Steuerzentrale des Programms in der Sie die verschiedenen Geräte auswählen können.


Bild: (1) Steuerzentrale (2) Spannungsversorgung (3) Funktionsgenerator (4) Oszilloskop

Wählen Sie den Signalgenerator zur Erzeugung der Spannung durch Klick auf WaveGen aus. Dort wählen Sie den Signaltyp DC (Gleichspannung aus) und stellen erst mal 1V ein (Alternativ: Rechteck, Amplitude=0V, Variation des Offsets von 1V..8V). Durch Klick auf Run AWG 1 wird die Spannungsquelle aktiviert.
Die Spannungsmessung erfolgt mit dem Oszilloskop mit den Kanälen 1 und 2 auf den DC Eingängen. Nach dem Start des Oszilloskops aus der Steuerzentrale aktivieren Sie das Scope durch Klicken von Run. Wählen Sie auf der rechten Seite die Kanäle C1 und C2 aus. Im Punkt Measure aktivieren Sie für Kanal 1 und 2, Vertical den Mittelwert (Average).
Schalten Sie den Schiebschalter am Board auf On.
Jetzt können Sie mit der Messung beginnen.

2.3 Diodenkennlinie

Messen Sie die Durchlasskennlinie einer der Dioden 1N4148, der LED oder ZPD10 mittels des Versuchsaufbaus nach Abb.1 im Bereich von I ≈ 0.1 µA bis I ≈ 80mA. Als Messwiderstand verwenden Sie den einstellbaren Widerstand. Als Spannungsquelle verwenden Sie AWG1. Die Spannung messen Sie an der Diode mit SCOPE1 DC (UDC1) und an der Spannungsquelle mit SCOPE2 DC (UDC2). Den Strom messen Sie im Bereich von: 0.1, 0.2, 0.5, 1,2,5, … µA bis zu ca. 80mA mit Hilfe der Spannung am Widerstand R₁. \[ I=\frac{ U_{DC2}-U_{DC1}}{R_1} \]
Den Widerstand R₁ müssen Sie je nach Strombereich anpassen, damit eine messbare Differenzspannung zwischen 0,5..10V am Widerstand anliegt. Sie können auch die Werte in die Webapplikation eintragen: Vollrath_Elek3_Fit_Diode.html (Suche: Vollrath Kurvenanpassung Diode).

Abb. 1 Versuchsaufbau zur Messung der Diodenkennlinie

2.4 Optional: Sperrkennlinie einer Z-Diode

Verwenden Sie den Versuchsaufbau 1 zur Messung der Sperrkennlinien der Z-Diode ZPD10 (D2) mit der Zenerspannung V_ZN = 9 V.
Verschaffen Sie sich erst einmal einen Überblick über die Diodenkennlinie.
Stellen Sie bei dem AWG1 eine Dreiecksspannung (Triangle) eine Amplitude von 10V und einen Offset von 0 V ein. Verwenden Sie den 10 kΩ Widerstand. Mit 'Rechtsklick' im grauen Feld unter den 'Add Mathematical Channel' und 'Custom' erstellen Sie die Stromberechnung M1 als (C2 - C1)/10000. Rechts oben im Feld bei der Hand wählen Sie als Unit "A" aus. Stellen Sie sicher, dass die Kennlinien in der Darstellung nicht den darstellbaren Maximalwert überschreiten oder den Minimalwert unterschreiten.
Aktivieren Sie oben in der 2. Menuezeile 'Add XY'.
Wählen Sie rechts oben mit der Hand für die x-Achse die Diodenspannung Channel1 aus und für den Diodenstrom Math1.
Nun sollten Sie die Diodenkennlinie im Vorwärts- und Sperrbereich sehen.

Konzentrieren Sie sich dabei jeweils auf das Spannungsintervall [-8 V; -11 V].
Achten Sie darauf, dass der thermisch eingeschwungene Zustand erreicht ist.
Bestimmen Sie den differentiellen Widerstand im Zenerbetrieb: \(R_Z = \frac{dU}{dI} \). Verwenden Sie anstatt GND(Masse) VP+ mit +9V um die geforderte Spannung an der Diode zu erreichen und messen Sie die Spannung. Die vorgeschlagenen Spannungswerte dienen nur zur Orientierung.