Meranie diód

Spínacia dióda v sklenom púzdre

Ak už máte doma všetky potrebné súčiastky a podarilo sa vám rozchodiť základný Merací systém s Arduino Nano, úspešne ste absolvovali aj Meranie odporov, môžeme pokračovať meraním charakteristiky polovodičovej diódy.

Meranie 3: Voltampérová charakteristika diódy

Na zmeranie charakteristiky diódy potrebujeme meniť napätie na PN prechode a merať zodpovedajúci prúd. Výsledkom je charakteristika, kde na osi x je napätie v priepustnom (kladné) a v závernom (záporné) smere. Na osi y je korešpondujúci prúd.

Ukážka V/A charakteristiky diódy 1N4148 (National Semiconductor).

Pomocou ovládacieho programu nastavíte rozličné napätie na dióde a zmeriate korešpondujúci prúd. Potom diódu otočíte a zmeriate znova. Meranie zopakujete pre všetky tri LED diódy a aj pre Zenerovu. V každom meraní získajte aspoň 10 bodov, najviac okolo kolena.

Problém č. 1: Keďže Arduino nedokáže merať prúd, využijeme odpor R3 ako prúdovú sondu. Zmeraním napätia (t.j. rozdiel U0 a U1) na známom odpore 100 Ω vieme vypočítať aký prúd cez neho prechádza a tým pádom aj cez diódu.

Problém č. 2: Keďže Arduino nemá D/A prevodník, musíme napätie na dióde generovať ako PWM (šírkovo modulovaný) signál na výstupe D3, ktorý potom vyfiltrujeme RC filtrom R1C1. Na jeho výstupe je už dostatočne vyhladené jednosmerné napätie. Pre meranie na dióde až do prúdu 20mA musíme generovať PWM výstup na dvoch výstupoch súčasne, preto sú D3 a D11 spojené paralelne. Umožní nám to do diódy pustiť prúd až 20 mA. Takto vytvorený zdroj napätia je však dosť mäkký (má relatívne veľký vnútorný odpor), preto sa pri meraní neriaďte napätím na posuvníku, ale tým, čo zmeria voltmeter A0.

Úloha

Zmerajte V-A charakteristiku všetkých štyroch diód (3x LED a 1x Zenerova) v oboch smeroch a výsledky zobrazte v jednom spoločnom grafe. Výsledky spracujte vo forme referátu a odovzdajte cez Google Classroom.

Software

Software ostáva rovnaký, ako v predošlom cvičení Meranie odporov. Tentoraz však využijeme aj slider na ľavej strane, ktorým nastavíme výstupné napätie z Arduina. Toto napätie privedené na diódu potom zmeriame.

Oproti minulému týždňu je v programe pre Arduino zapracovaná malá zmena, do procedúry setup sme doplnili tento riadok

TCCR2B = (TCCR2B & B11111000) | B001;  // setup Timer2 for higher frequency than usually

Jeho úlohou je zvýšiť frekvenciu PWM výstupu tak, aby bolo zvlnenie takto vytvoreného analógového napätia minimálne.

Ak vám nebude program fungovať pre chýbajúce fonty, treba len v programe pre Processing zmeniť tento riadok

 Segment = createFont("DSEG7Classic-BoldItalic.ttf", 112);  // Assign fonts and size

nasledovne

 Segment = createFont("Arial", 112);  // Assign fonts and size

Alebo si rovno stiahnite všetko potrebné v jednom .zip archíve, ktorý obsahuje už zaktualizovanú verziu.

• Software pre cvičenie 7