71043

Дослідження напівпровідникового стабілітрона

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Дослідним шляхом зняти вольтамперну характеристику стабілітрона визначити його параметри порівняти з довідковими даними і дослідити вплив навантаження на точність стабілізації напруги стабілітроном. Короткі теоретичні відомості Стабілітронами називають напівпровідникові діоди призначені для стабілізації напруги.

Украинкский

2014-11-01

174 KB

4 чел.

Робота 19. Дослідження напівпровідникового                      

                  стабілітрона

19.1. Мета роботи

 

Дослідним шляхом зняти вольт-амперну характеристику стабілітрона, визначити його параметри, порівняти з довідковими даними і дослідити вплив навантаження на точність стабілізації напруги стабілітроном.

19.2. Короткі теоретичні відомості

Стабілітронами називають напівпровідникові діоди, призначені для стабілізації напруги. Вони працюють при оберненому включенні, а їхні стабілізуючі властивості пояснюються особливістю зворотної вітки вольт-амперної характеристики (рис.19.1).

Рис.19.1.

Робочою ділянкою характеристики є відрізок АВ , що проходить майже паралельно до осі струму і відповідає режиму неруйнівного електричного пробою у стабілітроні. Як видно з рис. 19.1, в області електричного пробою спад напруги на стабілітроні Uст залишається практично постійним при значних змінах струму стабілізаці Iст.

Характер вольт-амперної характеристики стабілітрона в області електричного пробою пояснюється властивостями p-n переходу. При оберненій полярності прикладеної напруги електричне поле, яке створене джерелом живлення, накладається на поле переходу і посилює його. Внаслідок цього потенціальний бар'єр між областями зростає і p-n перехід закривається для основних носіїв. Однак, електричне поле переходу залишається  прискорюючим для неосновних носіїв: електронів з p-області і дірок з n-області. Під дією поля неосновні носії вільно рухаються через перехід, створюючи невеликий зворотний струм. Оскільки концентрація неосновних носіїв низька, то зворотний струм швидко досягає насичення Iо і в певному інтервалі майже не залежить від величини прикладеної напруги. Це відповідає відрізку ОА оберненої вітки характеристики (рис. 19.1).

З ростом зворотної напруги зростають  напруженість поля і кінетична енергія носіїв струму. При оберненій напрузі, близькій до Uст , починаються процеси електростатичної і ударної іонізації атомів напівпровідника. В результаті іонізації утворюються нові пари вільних електронів і дірок, які, в свою чергу, розганяються полем і утворюють зростаюче число носіїв струму. Ці процеси носять лавиноподібний характер, призводять до різкого зростання струму через перехід і називаються електричним пробоєм. В області стійкого електричного пробою значні зміни струму визиваються незначними змінами прикладеної напруги, що і пояснює хід ділянки АВ вольт-амперної характеристики стабілітрона. При зменшенні прикладеної напруги властивості p-n переходу відновлюються.

Вольт-амперна характеристика стабілітрона при прямому включенні нічим не відрізняється від характеристики звичайного напівпровідникового діода.

Явище електричного пробою супроводжується значним виділенням теплової енергії в зоні p-n-переходу. Неконтрольоване збільшення напруги може призвести до переростання електричного пробою у тепловий з повним руйнуванням p-n-переходу.

Основним матеріалом для виготовлення стабілітронів служить кремній, тому що він здатний витримувати більші теплові навантаження порівняно з германієм. Площинні стабілітрони виготовляють за сплавною або дифузійно-сплавною технологією. Для цього в пластинку кремнію n-типу вплавляють алюміній, який служить акцепторною домішкою для кремнію. Кристал з утвореним     p-n-переходом поміщають в герметичний корпус. Стабілітрони виготовляються на напруги стабілізації від кількох вольт до кількох сотень вольт.

Добитися стабілізації напруги можна і на прямій вітці вольт-амперної характеристики. Стабілізуючі діоди, котрі працюють в області електричного пробою при прямому включенні, називають стабісторами. Характерною для стабісторів є низька напруга стабілізації, яка не перевищує трьох вольт.

Промисловістю випускаються також двоанодні стабілітрони, які стабілізують напругу обох полярностей.

Основними характеристиками стабілітронів є:

- напруга стабілізаціїUст - спад напруги на стабілітроні при номінальному значенні струму стабілізації;

- номінальний струм стабілізації Iст.ном - значення постійного струму , при якому визначається напруга стабілізації;

- мінімальний і максимальний струми стабілізації Icт.min і Iст.max - визначають межі допустимих значень струму стабілізації;

- диференціальний опір rд - відношення приросту напруги стабілізації до відповідного невеликого приросту струму стабілізації

;                                        /19.1/

- температурний коефіцієнт напруги стабілізації Кt - відношення зміни напруги стабілізації до зміни температури при середньому значенні струму стабілізації Icт .ср

.                                    /19.2/

Стабілітрони знаходять широке застосування в різноманітних пристроях електроніки, як джерела стабільної (опорної) напруги, наприклад, використовуються в параметричних стабілізаторах напруги.

Найпростіша схема параметричного стабілізатора напруги складається з баластного резистора Rб і стабілітрона VD, включених послідовно (рис. 19.2).

Рис.19.2.

При зміні струму в навантаженні вихідна напруга залишається практично незмінною, так як вона визначається спадом напруги на стабілітроні Uвих=Uст. Очевидно, що стабілізація напруги при зміні струму через стабілітрон можлива при зміні внутрішнього опору стабілітрона, тобто його параметру.

Ефективність роботи стабілізатора характеризується коефіцієнтом стабілізації, рівним відношенню зміни вхідної напруги до вихідної

.                               /19.3/

Для нормальної роботи стабілізатора струм у навантаженні повинен бути меншим від струму через стабілітрон Iн < Iст.

Для збільшення напруги стабілізації допускається послідовне з'єднання стабілітронів з однаковим струмом стабілізації. Паралельна робота стабілітронів не допускається через різні умови пробою. Після пробою одного із стабілітронів напруга стабілізується тому в іншому пробій може не відбутися.

19.3. Програма роботи

1. Зібрати схему дослідження стабілітрона.

2. Зняти вольт-амперну характеристику стабілітрона при прямому включенні напруги живлення Iпр = f(Uпр).

3. Зняти вольт-амперну характеристику стабілітрона при обернено-

му включенні напруги живлення Iзв = f(Uзв).

4. Зняти навантажувальну характеристику параметричного стабілі-

затора на основі стабілітрона.

5. Визначити коефіцієнт стабілізації параметричного стабілізатора.

6. За вольт-амперною характеристикою визначити основні пара-метри досліджуваного стабілітрона і порівняти їх з довідковими даними.

    

19.4. Опис схеми дослідження стабілітрона

 

Рис.19.3.

На рис. 19.3 наведена схема дослідження стабілітрона. На схемі: R1-резистор 470 Ом; VD1- стабілітрон КС157Ж; R2- резистор змінний - 47 Ом; SA1-тумблер; PA1-прилад Ц43101; PA2-прилад Ц43342; PV1- прилад Ф4373.

Схема дослідження стабілітрона наведена на рис.19.3. Живлення схеми здійснюється від стабілізатора + 15 В блока живлення БП. Баластний резистор R1 служить для обмеження струму стабілітрона  при електричному пробої.

За допомогою ключа SA1 паралельно до стабілітрона приєднується опір навантаження R2 для дослідження стабілітрона у режимі параметричного стабілізатора напруги.

19.5. Порядок виконання роботи

1. На монтажній панелі з елементів набору складіть схему дослідження стабілітрона згідно з рис.19.3. Ручку регулювання напруги +15 В виведіть в ліве крайнє положення. У присутності викладача увімкніть блок живлення та вимірювальний прилад. Прослідкуйте, щоб вимикач SA1 був розімкнутий.

2. Змінюючи ручкою +15 В напругу живлення схеми Uж від мінімального значення до максимального ступенями в 2 В, зніміть пряму вітку вольт-амперної характеристики стабілітрона Iпр = f(Uпр). Дані занесіть у табл. 1.

                                                                            Таблиця 1  

Uж,   В    

2

4

6

8

10

12

16

18

20

22

24

Uпр,  В

Iпр,   В

За даними табл. 1 побудуйте пряму вітку вольт-амперної характеристики.

3. Витягніть панель зі стабілітроном, розверніть на 180 і знову вставте у ті ж гнізда монтажної панелі таким чином, щоб напруга до стабілітрона була прикладена у зворотному напрямку.

Змінюючи напругу Uж ручкою +15 В блока живлення від мінімального до максимального значення ступенями у 2 В, зніміть обернену вітку вольт-амперної характеристики стабілітрона                     Iзв = f(Uзв). Дані занесіть у табл.2.

                                                                                        Таблиця 2

Uж,   В      

2

4

6

8

10

12

16

18

20

22

24

Uзв,  В

Iзв,   В

За даними табл. 2 побудуйте зворотну вітку вольт-амперної характеристики стабілітрона.

4. Для зняття навантажувальної характеристики Uн=f(Iн) під'єднайте навантаження R2 за допомогою ключа SA1. Установіть напругу живлення схеми рівну 18 В. Плавно змінюючи величину резистора R2, встановлюйте струм у навантаженні Iн, рівний 5, 10, 15, 20, 25 mA, та вимірюйте величину напруги на навантаженні мультиметром. Дані занесіть у табл. 3.

                                                                                     Таблиця 3    

Iн, mA

5

10

15

20

25

Uн, В

За даними табл. 3 побудуйте навантажувальну характеристику параметричного стабілізатора.

5. Для визначення коефіцієнта стабілізації зафіксуйте струм у навантаженні, рівний 20 mA. Змініть напругу на вході схеми на 1 В та виміряйте  зміну напруги на навантаженні. Дані занесіть у табл. 4.

                                                                                  Таблиця 4

Uвх,  В

Uвх, В

Uвих, В

Uвих, В

Kст

       

За даними табл. 4 розрахуйте коефіцієнт стабілізації стабілізатора K .

6. За вольт-амперними характеристиками визначіть основні параметри стабілітрона і порівняйте з довідковими даними.

19.6. Контрольні запитання

1.Яке призначення стабілітронів?

2.Як класифікуються та позначаються стабілітрони?

3.Який вигляд має вольт-амперна характеристика стабілітрона і як вона пояснюється?

4.Які основні характеристики стабілітронів?

5.При якому включенні працюють стабілітрони?

6.В якому режимі працюють стабілітрони?

7.У чому полягає електричний пробій p-n-переходу?

8.Які особливості роботи стабісторів?

9.Як працюють двоанодні стабілітрони?

10. Наведіть приклади застосування стабілітронів?

228


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10536. Закономерность и свободная деятельность людей. Фатализм и Волюнтаризм 38 KB
  Закономерность и свободная деятельность людей. Фатализм и Волюнтаризм. ВОЛЮНТАРИЗМ философская мировоззренческая позиция суть Крой состоит в признании воли в качестве первоосновы сущего либо акта волнения в качестве высшего принципа бытия. Термин €œВ.€ введен
10537. Западноевропейская средневековая ученость 57.5 KB
  Западноевропейская средневековая ученость В отличие от арабской культуры высокий уровень которой позволил сразу по достоинству оценить достижения античности европейские варвары захватившие Западную Римскую империю находились в этот период на более низком уровне
10538. Основні поняття в екології. Екологічна система, біогеоценоз та його структура. Трофічні ланцюги живлення. Екологічні фактори. Лімітуючий фактор. Біотичні та абіотичні фактори 125 KB
  Природне середовище – це все живе й неживе, що оточує організми і з чим вони взаємодіють. Розрізняють повітряне, водне та ґрунтове середовище, таким середовищем може бути і тіло іншого організму (для паразитуючих організмів).
10539. Политология как наука: объект, предмет, структура 48.78 KB
  МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Национальный минерально сырьевой университет горный реферат по политологии на тему:...
10540. Историческое становление образа науки 58 KB
  Историческое становление образа науки. Классическая Ф о науке. Позитивизм и неопозитивизм. Предметом лекции являются учения где есть попытка построить целостный образ науки как самостоятельного явления культуры и особого вида познания. Первое приближ...
10541. Структура деятельности социального педагога 135 KB
  Тема. Структура деятельности социального педагога. План. Общая схема структуры деятельности социального педагога. Понятие педагогическая цель. Примеры социальных целей и задач в педагогической деятельности известных педагогов. Литература ...
10542. Планирование социально-педагогической работы 197.5 KB
  Тема. Планирование социально-педагогической работы План. Проблемы социального педагога. Формы и содержание планов работы социального педагога. Условия и показатели работы социального педагога в образовательном учреждении. Литература. 1. Нага...
10543. Основные принципы социальной педагогики 76.5 KB
  Тема: Основные принципы социальной педагогики. План Понятие и сущность принципов в социальной педагогике. Общая характеристика основных принципов социальной педагогики. Литература Галагузова М.Л. Профессиональная подготовка социальных педаго