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

13656. Нажить много денег - храбрость; сохранить – мудрость, а умело расходовать - искусство 14.19 KB
  Нажить много денег храбрость; сохранить мудрость а умело расходовать искусство. Я считаю что нажить много денег это умение. Что же имел в виду автор изречения когда утверждал что это храбрость Видимо то что нужно быть очень смелым человеком чтобы подвергнуть себ...
13657. Налоги – это деньги, взимаемые властью с части общества в интересах целого 14.44 KB
  Налоги это деньги взимаемые властью с части общества в интересах целого.С. ДжонсонЯ полностью согласна с позицией автора т.к. налоги регулируют экономику и составляя значительную часть доходов госбюджета расходуются в интересах всего общества. Налоги это необход...
13658. Монтень. Н. Не быть жадным - уже есть богатство, не расточительным - доход 14.26 KB
  Не быть жадным уже есть богатство не расточительным доход. М. Монтень На мой взгляд это высказывание сродни поговорке: Не тот богат у кого много денег а тот у кого меньше потребностей. О чем же эти высказывания в чем их суть Каждый человек сам для себя определяет бог...
13659. Торговля не разорила еще ни одного народа (Б. Франклин) 14.27 KB
  Торговля не разорила еще ни одного народа.Б. ФранклинАвтор хотел сказать что занятие торговой деятельностью полезно для общества это может привести к его процветанию. Я думаю что с этим стоит согласиться. Торговля развивалась с момента развития общественных отношен
13660. Цены и другие инструменты рынка 14.27 KB
  Цены и другие инструменты рынка регулируют распределение редких ресурсов в обществе ограничивая тем самым желания участников координируя их действия.Г. С. БеккерЧто означает цена и какие другие инструменты рынка имел в виду Беккер Цена это денежное выражение стоим...
13661. Алкоголизм дает больше опустошения, чем три исторических бича вместе взятых: голод, чума и война 15.45 KB
  Алкоголизм дает больше опустошения чем три исторических бича вместе взятых: голод чума и война. У. Гладстон Алкоголизм одна из проблем современного общества которая волнует педагогов и конечно же нас подрастающее поколение. У. Гладстон считает что алкоголи...
13662. Алкоголизм и преступление -это два явления общественной жизни, находящиеся в тесной связи друг с другом 14.11 KB
  Алкоголизм и преступление это два явления общественной жизни находящиеся в тесной связи друг с другомИ. МержевскийПоведение людей в обществе определяется прежде всего тем на какие ценности они равняются каких ценностей они придерживаются. Для стабильности и единс
13663. Берне Л. Без многого может обойтись человек, только не без человека 15.56 KB
  Без многого может обойтись человек только не без человека Л. Берне Я считаю что высказывание Людвига Берне немецкого публициста и писателя о том что без многого может обойтись человек только не без человека верно и сохраняет свою актуальность сегодня поскольку о
13664. Жениться - это значит наполовину уменьшить свои права и вдвое увеличить свои обязанности 16.27 KB
  Жениться это значит наполовину уменьшить свои права и вдвое увеличить свои обязанности. А. Шопенгауэр А. Шопенгауэр выдающийся философ нового времени был пессимистом. Он считает что женитьба и создание семьи лишь увеличивает обязанности. Семья это объединени...