- •Содержание:
- •Исследование полупроводниковых приборов
- •1.1.1 Исследование полупроводниковых диодов
- •Теоретическая часть
- •Типы полупроводниковых диодов и их характеристики. Выпрямительные плоскостные низкочастотные диоды
- •Импульсные диоды
- •Диоды Шотки
- •Туннельный диод
- •Практическая часть
- •Контрольные вопросы:
- •1.1.2 Исследование стабилитрона
- •Теоретическая часть
- •Принцип стабилизации напряжения
- •Параметры стабилитрона
- •Практическая часть
- •Контрольные вопросы
- •1.1.3 Исследование характеристик и параметров биполярного транзистора в схемах с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором
- •Теоретическая часть
- •Принцип действия и схемы включения транзистора
- •Статические характеристики
- •Малосигнальные параметры
- •Практическая часть
- •Методика измерений и обработка результатов эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •1.1.4 Исследование характеристик и параметров полевых транзисторов
- •Теоретическая часть
- •Классификация и условные обозначения полевых транзисторов
- •Полевой транзистор с управляющим p – n переходом
- •Статические характеристики
- •Полевые транзисторы с изолированным затвором
- •Основные параметры полевых транзисторов
- •Области применения полевых транзисторов
- •Практическая часть
- •Методика измерений и обработка результатов эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •1.1.5 Исследование тиристоров
- •Теоретическая часть
- •Диодные тиристоры. Структура и принцип действия.
- •Триодные тиристоры.
- •Уравнение вах тиристора.
- •Классификация, условные обозначения и применение тиристоров.
- •Практическая часть
- •Методика измерений и обработка результатов эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •1.1.6 Исследование варикапа
- •Теоретическая часть
- •Теория p-n перехода
- •Диффузионная и барьерная емкости р-n-перехода
- •Варикап, его основные параметры и особенности конструирования
- •Практическая часть
- •Контрольные вопросы
- •Исследование выпрямителей однофазного переменного тока
- •Теоретическая часть
- •Основные параметры выпрямителей
- •Внешние характеристики выпрямителей
- •Практическая часть
- •Однополупериодная схема выпрямления.
- •1.2.2 Двухполупериодные схемы выпрямления.
- •1..2.3 Схемы выпрямления с умножением напряжения.
- •Методика измерений и обработка результатов эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Исследование колебательных контуров.
- •Теоретическая часть
- •Принцип работы пассивных аналоговых фильтров
- •Принцип работы активных аналоговых фильтров
- •Применение
- •Виды фильтров
- •Фильтры нижних частот
- •Фильтры высоких частот
- •Полосовые и заграждающие фильтры
- •Практическая часть
- •Контрольные вопросы
- •1.4 Исследование свойств терморезисторов
- •Теоретическая часть
- •Термистор
- •Как элемент автоматики, позистор может выполнять следующие функции:
- •Практическая часть
- •Контрольные вопросы
- •1.4 Исследование свойств варисторов
- •Теоретическая часть
- •Свойства
- •Применение
- •Практическая часть`
- •Контрольные вопросы
- •1.6.1 Исследование оптоэлектронных приборов.
- •Теоретическая часть
- •Физические основы работы фотодиода
- •Отличительные особенности оптронов
- •Обобщенная структурная схема
- •Применение
- •Практическая часть
- •Контрольные вопросы
- •Список использованных источников
Принцип стабилизации напряжения
Принцип стабилизации напряжения с помощью стабилитрона удобно пояснить с помощью схемы простейшего параметрического стабилизатора напряжения (рис.3) и обратной ветви ВАХ стабилитрона, представленной на рис.4.
Стабилитроны, в отличие от других диодов, имеют свое графическое изображение в схемах, показанное на рис.3.
При входном напряжении стабилитрон пропускает лишь пренебрежимо малый обратный ток, поэтому ток в цепи определяется суммой сопротивлений . Если превысит наступает режим пробоя p – n перехода и при малых изменениях напряжения на стабилитроне и нагрузке ток через стабилитрон изменяется весьма значительно. Ток через балластное сопротивление равен сумме токов стабилитрона и нагрузки . Так, если входное напряжение повысилось, то это приведет к росту тока стабилитрона и тока через сопротивление . Падение напряжения на возрастает, а на нагрузке и стабилитроне напряжение изменяется весьма незначительно.
Параметры стабилитрона
Наиболее важными параметрами стабилитрона являются следующие:
Напряжение стабилизации - значение напряжения на стабилитроне при протекании через него заданного (номинального) тока стабилизации. Напряжение пробоя, т.е. и напряжение стабилизации зависит от толщины p – n перехода или удельного сопротивления базы (см.(2.1)). Чем выше степень легирования базы, тем меньше ее удельное сопротивление, и тем ниже будет напряжение стабилизации.
Максимально – допустимая мощность рассеяния , стабилитрона при комнатной температуре:
(2.5)
где: - максимальный ток стабилитрона, - номинальное напряжение стабилизации. По величине стабилитроны делятся на три группы:
- стабилитроны малой мощности Вт;
- стабилитроны средней мощности Вт;
- стабилитроны большой мощности Вт;
Минимальный и максимальный токи стабилизации (рис.4).
Эти токи ограничивают область вольт – амперной характеристики стабилитрона, в которой он способен выполнять свои функции при обеспечении заданной надежности работы.
Начало рабочего участка ВАХ в точке А (рис.4), который и соответствует значению тока . При меньших значениях тока дифференциальное сопротивление стабилитрона еще велико и зависит от величины тока достаточно резко. Кроме того, в стабилитронах с лавинным пробоем при меньших токах процесс ударной ионизации крайне неустойчив, поэтому в выходном сигнале возникают значительные шумы. Они исчезают, когда процесс ударной ионизации становится устойчивым, т.е. при токах, больших, чем . У маломощных стабилитронов может быть 1…3 мА.
Точка B на ВАХ стабилитрона ограничивает рабочий ток по величине сверху и соответствует току ; Этот ток определяется значением максимально допустимой мощности рассеяния (см.(2.5)):
(2.6)
Превышение тока над приводит к разогреву p – n перехода, к лавинному пробою добавляется тепловой, ток растет еще быстрее и стабилитрон выходит из строя.
Значение для разных типов стабилитронов может лежать в пределах от 10 мА до 2 А.
Дифференциальное сопротивление стабилитрона , находится как:
(2.7)
и определяет тангенс угла наклона обратной ветви ВАХ к оси тока. В рабочей области ВАХ (участок AB) практически линейна, поэтому дифференциальное сопротивление можно находить как:
(2.8)
Значение - изменяется от долей Ома до десятков Ом для различных типов стабилитронов. Если же , то дифференциальное сопротивление резко возрастает, поэтому при таких токах стабилитрон перестает выполнять свои функции.
Значение определяет качество стабилитрона. Чем меньше изменения напряжения стабилизации при заданном изменении тока стабилитрона , тем выше качество стабилитрона.
Статическое сопротивление или сопротивление стабилитрона постоянному току в рабочей точке определяется:
(2.9)
Добротность стабилитрона определяют как
(2.10)
Из рис.4 видно, что , поэтому . Чем больше это отношение, тем лучше стабилизирующее действие прибора. Как правило, .
Температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН) указывает влияние температуры окружающей среды на напряжение стабилизации:
; [%/ ], (2.11)
где: - отклонение напряжения стабилизации от номинального при изменении температуры на .
Из (2.11) следует, что определяется отношением относительного изменения напряжения стабилизации ( ) к абсолютному изменению температуры окружающей среды при постоянном токе стабилизации.
Типичный график зависимости от напряжения стабилизации показан на рис.5. Как видно из графика ТКН изменяется по величине и знаку, что объясняется различными механизмами пробоя, обсужденными в п.2.2.1.
У стабилитронов с пробоем лавинного типа . Для компенсации температурного дрейфа напряжения стабилизации используют последовательное включение с основным стабилитроном одного или нескольких диодов в прямом направлении, прямые ветви ВАХ которых имеют отрицательный ТКН. Таким образом суммарный ТКН может быть сведен практически к нулю. Например, в прецизионных стабилитронах Д 818 и КС 191 используют три последовательно соединенных p – n перехода, размещенных в одном корпусе. Один из них включен в обратном направлении и работает как стабилизирующий, а два других, компенсирующих, - в прямом. У них ТКН очень мал: %/ .