Методические указания к лабораторной работе (Исследвание стабилитронов)

Кст=∆Uвх/∆Uст=(Rб+rдиф)/rдиф

Выпускаемые промышленностью кремниевые стабилитроны имеют напряжение стабилизации в пределах 3...200 В, минимальный ток от 1 до 10 мА, максимальный ток от 2 мА до 2 А

,дифференциальное сопротивление 0,5...500 Ом.

Наряду со стабилитронами общего назначения в радиоэлектронной аппаратуре применяют ряд специальных

стабилитронов.

Прецизионные стабилитроны.

В них используются, как правило ,три последовательно соединенных p-n перехода. Один из них - стабилизирующий, включен в обратном направлении, два других - термокомпенсирующие и включены в прямом направлении. Если стабилизирующий переход работает в режиме лавинного пробоя , то с увеличением температуры напряжение на нём растёт. Одновременно прямое напряжение на двух термокомпенсирующих переходах уменьшается, поэтому общее напряжение на стабилитроне меняется незначительно и температурный коэффициент напряжения стабилизации

αст =-(1...20) 10-5 град-1 чрезвычайно мал.

Импульсные стабилитроны.

Применяют как ограничители амплитуды импульса напряжения, а также как обращенные импульсные диоды.

При электрическом пробое в p-n переходе импульсного стабилитрона неосновные носители заряда в базе диода не накапливаются. Постоянная времени, характеризующая нарастание лавинообразного тока при мгновенном изменении напряжения на диоде, определяется временем пролета носителей через обедненный слой p-n перехода и составляет 10-11 с.Поэтому импульсный стабилитрон является быстродействующим элементом, и его время переключения определяется в основном перезарядом барьерной ёмкости перехода.

Рабочая точка в обращённом импульсном диоде выбирается вблизи напряжения пробоя. Участок электрического пробоя стабилитрона можно рассматривать как прямую ветвь ВАХ импульсного диода. Соответственно участок стабилитрона при прямых смещениях на p-n переходе трактуется как обратная ветвь ВАХ импульсного диода, поэтому такой стабилитрон получил название обращённого импульсного диода.

Двуханодные стабилитроны.

Применяют в схемах стабилизации и двухстороннего ограничения напряжения, устройствах защиты элементов электрических цепей от перенапряжений обеих полярностей. Стабилитроны имеют структуру, формируемую диффузией примесей в пластину n-кремния одновременно с двух сторон. Образующиеся при этом два p-n перехода включены встречно. Внешние выводы имеют только анодные p-области структуры. Эта особенность структуры стабилитрона обуславливает название прибора. При подаче на стабилитрон напряжения любой полярности один переход работает в режиме электрического пробоя, а другой - термокомпенсирующий.

Диод, в котором для стабилизации напряжения в схемах используется прямая ветвь ВАХ называется стабистором. Для увеличения крутизны

прямой ветви ВАХ , т.е. для уменьшения дифференциального сопротивления(rдиф) стабистора в этих приборах применяют кремний с высокой концентрацией примесей.Напряжение стабилизации Uст ≈ 0,7В и

p-n переходом.Для увеличения Uст иногда используют последовательное соединение нескольких стабисторов, смонтированных в одном корпусе или сформированных в одном кристалле.

С ростом температуры Uст стабистора уменьшается примерно на 2 мВ/0C.

Описание лабораторной установки

Установка для исследования стабилитронов (рис.7) включает источник постоянного напряжения (ИПН), балластные

резисторы Rб1...Rб4, стабилитроны VD1...VD4, амперметр постоянного тока А, вольтметр постоянного напряжения V. Переключатель SA1 задает необходимую полярность включения ИПН, амперметра А и вольтметра V.

Требуемый уровень напряжения, подаваемого на исследуемый стабилитрон ( или вход параметрического стабилизатора, образованного из одноименных балластного резистора и стабилитрона), задается резистором R1. Переключатель SA2( в положении “1” ) позволяет подключить это напряжение к исследуемому стабилитрону VD1..VD4 (полагая сопротивление амперметра А незначительным) . В разомкнутом состоянии переключателя SA2 ( в положении “0”)

переключатель SA3 подключает установленное напряжение к необходимому

баластному резистору Rб1...Rб4 ( в положении 1...4 соответственно). Переключатель SA4 позволяет вольтметру V измерять

( в положении “1” ) входное и ( в положении “2” ) выходное напряжение исследуемого стабилизатора. Амперметр А измеряет ток, текущий через исследуемый стабилитрон. Переключатель SA5 задает прямое ( в положении “1” ) или обратное ( в положении “2” ) включение исследуемогостабилитрона в схеме ( при условии, что входное напряжение имеет положительную полярность, т.е. переключатель SA1 находится в положении ”1” ). Подключение необходимого стабилитрона к схеме осуществляется с помощью переключателя SA6, имеющего 4 положения.

Порядок выполнения работы

До того как преступить к работе, следует ознакомиться с лабораторной установкой и приборами, необходимыми в ходе исследования.

1. Исследование вольтамперной характеристики стабилитрона. 1.1. Прямая ветвь ВАХ.

Установить переключатель SA1, SA2, SA4 и SA5 в положение “1”. В соответствии с заданием установить в необходимое положение переключатель SA6 ( переключатель SA3 в этом случае может находиться в любом положении ).

Изменяя положение потенциометра R1, помощью амперметра А и вольтметра V

снять зависимость прямого тока Iпр, протекающего через стабилитрон, от значения прямого напряжения на стабилитроне Uпр. Результаты измерений представить в виде зависимости

Uпр,B

Iпр,A

Построить график зависимости Iпр=f(Uпр), определить Rcт и rдиф. 1.2. Обратная ветвь ВАХ.

Установить переключатель SA1 в положение “2”, переключатель SA2 в положение “1”, переключатель SA3 в положение определенное заданием и совпадающее с положением переключателя SA6, переключатели SA4 и SA5 в

положении ”1”. Изменяя положение потенциометраR1, с помощью амперметра А и вольтметра V снять зависимость обратного тока, протекающего через стабилитрон, Iобр от значения обратного

напряжения на стабилитронеUобр. Результаты измерений представить в виде зависимости

Uобр,B

Iобр,A

Построить график зависимости Iобр=f(Uобр), определить Icт.мин , Icт.мaкс ,

Icт.ном ,Rcт и rдиф.

2. Исследование работы стабилитрона в составе параметрического стабилизатора.

2.1. Исследование амплитудной характеристики стабилизатора.

Установить переключатель SA1 в положение “2”, переключатель SA2 в положение “2”, переключатели SA3 и SA6 в положение определенное заданием, переключатели

2.2. Исследование влияния входного напряжения стабилизатора на ток стабилизации стабилитрона.

Установить переключатель SA1 в положение “2”, переключатель SA2 в положение “2”, переключатель SA3 и SA6 в положение, определенное заданием, переключатель SA4 в положение “1”, переключатель SA5 в положение “1”. Изменяя положение

потенциометра R1 c помощью амперметраА и вольтметра V cнять зависимость тока стабилизации Icт от значения входного напряженияUвх стабилизатора ( начиная с Uвх.мин). Результаты представить в виде зависимости

Uвх,B

Iст,mA

Построить график зависимостиIcт=f(Uвх), определить Iст.ном , Icт.мин , Icт.макс и сравнить их с данными в п.1.2.

2.3. Исследование влияния напряжения стабилизации на ток стабилизации стабилитронов (при постоянном баластном сопротивлении и постоянном входном напряжении стабилизаторов).

третьего и четвертого стабилизаторов, соответственно. Данные занести в таблицу

Rб=const. По справочнику ( см. библиографический список ) определить тип используемых стабилитронов.

2.4. Исследование влияния сопротивления балластного резистора на ток стабилизации стабилитрона.

Установить переключатель SA1 в положение “2”, переключатель SA2 в положение “0”, переключатель SA3,SA4,SA5 в положении “1”, а переключатель SA6 в положение определенное заданием. Изменяя

положение потенциометра R1 c помощью вольтметра V установить входное напряжение стабилизатора Uвх=9В. Установить переключатель SA4 в положение “2”. С помощью вольтметра V проверить наличие

входного напряжения ( равного напряжению стабилизации Ucт) исследуемого стабилизатора.

Далее, устанавливая переключатель SA3 поочередно в положения ”1”,”2”,”3” и ”4” ( при этом изменяется сопротивления баластного

резистора Rб стабилизатора ) с помощью амперметра А для каждого из них измерить ток стабилизации Icт. Данные занести в таблицу

CОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.Цель работы.

2.Конструкция и особенности применения стабилитронов.

3.Схема установки для исследования стабилитронов.

4.Теоретические и экспериментальные данные (таблицы и графики).

5.Выводы.

6.Контрольные вопросы.

7.Библиографический список.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое стабилитрон?

2.Нарисуйте вольт - амперную характеристику стабилитрона и покажите на ней рабочий участок.

3.Обьясните принцип действия стабилитрона.

4.Какие параметры характеризуют стабилитрон?

сего входным напряжением и параметрами стабилитрона?

7.Что такое коэффициент стабилизации напряжения?

8.Назовите основные типы стабилитронов , укажите их назначение.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Полупроводниковые приборы: Справочник. В. И. Галкин,

А. Л. Булычев, П. М. Лямин. Мн.: Беларусь , 1994. 347 с.

Электронные приборы: Учебник для вузов / В. Н. Дулин,

Н. А. Аваев, В. П. Демини др.; Под ред. Г. Г. Шишкина.-

4-е изд., перераб. и доп..М:Энергоатомиздат, 1988. 486 с.

Учебное издание

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛИТРОНОВ

Методические указания к лабораторной работе

Составитель: Шопин Геннадий Павлович

Самарский государственный аэрокосмический Университет. 443086 Самара, Московское шоссе, 34.