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

34712. Капитал: понятие, формы, виды. Инвестирование капитала 17.11 KB
  Инвестирование капитала. Различают две основные формы капитала: физический реальный капитал запас производственных ресурсов участвующих в производстве благ. Виды физического капитала: 1 здания и сооружения 2 станки машины оборудование 3 сырье материалы топливо энергия Для приобретения элементов физического капитала необходим денежный капитал денежные средства для приобретения элементов физического капитала человеческий капитал капитал в виде умственных способностей приобретенных в процессе образования или посредством...
34713. Роль денег в рыночной экономике. Виды денег и их свойства 17.6 KB
  В рыночной экономике деньги выполняют ряд функций. Вовторых деньги являются средством измерения стоимости товаров и услуг. В третьих деньги служат в качестве средства образования и накопления сбережений. Вчетвертых деньги являются средством платежа то есть при помощи денег можно уплатить налоги выплатить пенсии и пособия заплатить за товар или услугу сделать вклад в банк.
34714. Валовой внутренний продукт. Методы исчисления ВВП 17.16 KB
  Методы исчисления ВВП. Чтобы ответить на вопрос как идут дела в экономике страны ежегодно вычисляется показатель валового внутреннего продукта ВВП. Прежде чем сформулировать понятие ВВП определим что такое конечный продукт. Валовой внутренний продукт ВВП это общая стоимость или сумма рыночных цен всех конечных товаров и услуг произведенных в данной стране в течение года.
34715. Валовой национальный продукт. Чистый национальный продукт и национальный доход 14.63 KB
  Однако существует еще один показатель валовой национальный продукт ВНП. Выясним что представляет собой ВНП и чем он отличается от ВВП. Когда мы будем исчислять ВНП России то наоборот включим в общую сумму доходы созданные за пределами России. долларов созданы иностранным капиталом на территории нашей страны а значит включаются в ВВП России а в ВНП нет.
34716. Государственный бюджет. Номинальный и реальный валовой внутренний продукт 17.59 KB
  Валовой внутренний продукт ВВП это общая стоимость или сумма рыночных цен всех конечных товаров и услуг произведенных в данной стране в течение года. Показатель номинального ВВП зависит и от количества производимых в стране товаров и услуг и от уровня цен на них. Следовательно если ВВП произведенный в разные годы выражать в ценах того года в который он производился то в одном году его объем будет выражен в одних ценах в другом году в других. Поэтому номинальный ВВП не может служить для оценки роста или сокращения реального...
34717. Теория Маслоу. Виды благ. Факторы производства. Безграничность потребностей и ограниченность ресурсов 32.36 KB
  Он выделял пять групп потребностей: физиологические потребности в пище воде одежде жилье отдыхе воспроизведении рода; потребности в безопасности защита от преступников и внешних врагов защита от нищеты и помощь при болезнях комфорт постоянство условий жизни; социальные потребности в любви дружбе общении с людьми; потребности в уважении со стороны других людей и самоуважении достижение успеха служебный рост; потребности в самореализации реализация своих целей способностей развитие собственной личности. По...
34718. История развития метрологии в России 23.6 KB
  Метрология в древнем мире и в средние векаПотребность в измерениях возникла в незапамятные времена.Многие меры имели антропометрическое происхождение или были связаны с конкретной трудовой деятельностью человека.Древнее происхождение имеют и естественные меры. Первыми из них получившими повсеместное распространение стали меры времени.
34719. Античная система мер и весов 20.09 KB
  Первоначально видимо возникли меры длины. Меры длины палец 185 см 1 12 целого 246 см ладонь 739 см ступня 2962 см локоть 463 см двойной шаг 148 м день пути 28 725 м Меры площади югер 25233 м 10 000 квадратных футов 876 м арура 50 квадратных футов 438 м Меры объёма Котила античная единица измерения ёмкости равная 0275 литра. Хус античная единица измерения ёмкости равная 324 литра Меры объёма сыпучих тел медимн четверик 525 л модий четверик 874 л Меры объёма жидких тел метрет...
34720. Основные особенности развития системы мер в средневековой Западной Европе 19.29 KB
  Характерной чертой ее было понятие целого s базовой единицы измерения. Такой принцип унифицировал способы измерения облегчал установление соответствий между линейными квадратными и кубическими мерами. Для измерения больших земельных массивов применялись такие меры как центурии 200 югеров 50377 га и сальтус 4 центурии или 2015 га. Меры измерения объема жидких и сыпучих тел исчислялись несколько поиному.