Электронная техника
Руководство к лабораторной работе № 3
Полупроводниковые стабилитроны
Цели работы
1. Ознакомление с основными параметрами и характеристиками полупроводниковых стабилитронов.
2. Построение и исследование вольтамперной характеристики (ВАХ) полупроводникового стабилитрона.
3. Исследование дифференциального сопротивления стабилитрона при обратном смещении по вольтамперной характеристике.
Краткие теоретические сведения
Принцип действия полупроводникового стабилитрона
Стабилитроном называется полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации уровня постоянного напряжения. По конструкции стабилитроны всегда плоскостные.
Принцип действия стабилитрона основан на использовании участка электрического пробоя на обратной ветви ВАХ. Он формируется за счёт легирующих добавок в полупроводник, при этом ток электрического пробоя может изменяться в широком диапазоне, не переходя в тепловой пробой.
| 
|
| Рисунок 1. Вольтамперная характеристика стабилитрона | Рисунок 2. Схема включения стабилитрона |
Так как участок электрического пробоя находится на обратной ветви ВАХ, то стабилитрон включается обратным включением, резистор Ro задаёт ток через стабилитрон таким образом, чтобы величина тока была близка к среднему значению между Iст.min и Iст.max. Такое значение тока называется номинальным током стабилизации.
Принцип действия. При уменьшении входного напряжения ток через стабилитрон и падение напряжения на Ro уменьшается, а напряжения на стабилитроне и на нагрузке останутся постоянными, исходя из вольтамперной характеристики. При увеличении входного напряжения ток через стабилитрон и URo увеличивается, а напряжение на нагрузке остаётся постоянным и равным напряжению стабилизации.
Таким образом, стабилитрон поддерживает постоянство напряжения при изменении тока через него от Iст.min до Iст.max.
Основные параметры стабилитрона:
Номинальное напряжение стабилизации Uст ном — напряжение на стабилитроне в рабочем режиме (при заданном токе стабилизации).
Минимальный ток стабилизации Iст.min — наименьшее значение тока стабилизации, при котором режим пробоя устойчив.
Максимально допустимый ток стабилизации Iст.max — наибольший ток стабилизации, при котором нагрев стабилитронов не выходит за допустимые пределы.
Дифференциальное сопротивление rдиф — отношение приращения напряжения стабилизации к вызывающему его приращению тока стабилизации: rдиф = ΔUст/ΔIст.
Температурный коэффициент напряжения стабилизации – отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды: aст=ΔUст/(UстΔT).
К параметрам стабилитронов также относят максимально допустимый прямой ток Imax, максимально допустимый импульсный ток Iпр.и max, максимально допустимую рассеиваемую мощность Р max.
Описание лабораторного оборудования
Рабочее место для выполнения лабораторных исследований включает комплект следующего оборудования и контрольно-измерительных приборов:
Ø Типовой комплект учебного оборудования;
Ø Измерительный прибор MUSTECH MY-61;
Ø Измерительный прибор MUSTECH MY-64;
Ø Компьютер с программой-симулятором «Electronics Workbench».
Рабочее задание
Снятие вольтамперной характеристики стабилитрона.
1. До начала лабораторной работы изучить методические указания к ней и подготовить форму отчета.
2. Получить от преподавателя вариант выполнения работы, необходимые исходные данные по стабилитрону найти в сети Интернет.
3. Изучить инструкцию по технике безопасности на рабочем месте и порядок проведения исследования.
4. Запустить программу для проведения работы Electronics Workbench.
5. В программе Electronics Workbench собрать схему проведения исследования:
Рисунок 3. Схема исследования ВАХ стабилитрона
6. выбрать стабилитрон для снятия прямой ветви ВАХ и включить кнопку моделирования.
7. Используя окно свойств источника напряжения, установить последовательно десять значений напряжения в диапазоне от 0 до 6 В.
8. Для каждого значения напряжения источника определить значения напряжения Uпр и тока Iпр стабилитрона и записать их в таблицу 1.1.
Таблица 1.1 – Данные прямой ветви ВАХ стабилитрона
| Uбат В | |||||||||
| Uпрям В | |||||||||
| Iпрям mA |
9. выбрать стабилитрон для снятия обратной ветви ВАХ и включить кнопку моделирования.
10. Используя окно свойств источника напряжения, установить последовательно десять значений напряжения в диапазоне от 0 до напряжения, превышающего напряжение пробоя.
11. Для каждого значения напряжения источника определить значения напряжения Uпр и тока Iпр стабилитрона и записать их в таблицу 1.2.
Таблица 1.2 – Данные обратной ветви ВАХ стабилитрона
| Uбат В | |||||||||
| Uобр В | |||||||||
| Iобр mA |
12. По полученным данным построить графики прямой и обратной ветви ВАХ стабилитрона.
13. По результатам эксперимента определить:
a. - напряжение стабилизации стабилитрона VD1;
b. - дифференциальные сопротивления стабилитрона rдиф;
c. - сопротивление стабилитрона постоянному току в середине рабочего участка.
14. Оформить отчет и сдать работу преподавателю.
Контрольные вопросы
1. Что является основой полупроводниковых приборов?
2. Как используются полупроводниковые диоды?
3. Как отличается сопротивление полупроводниковых диодов в прямом и обратном направлениях?
4. Каковы основные характеристики диода?
5. Назначение стабилитронов, их отличие от выпрямительных диодов.
6. Сравнить ВАХ стабилитрона и выпрямительного диода.
7. Изобразите ВАХ стабистора.
8. В чем отличие стабистора от стабилитрона?
9. Основные параметры и характеристики стабилитронов.
10. Чем характеризуются температурные свойства стабилитронов?
11. Как экспериментально снять ВАХ стабилитрона?
12. Как экспериментально определить дифференциальное сопротивление стабилитрона?
Рекомендуемая литература
1. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Лабораторный практикум на базе Electronics WorkBench и MatLab. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 800 с.
2. Федорашко И. Н., Дайч Л. И., Федорашко Ю.И. и др. Применение программы схемотехнического моделирования Electronics WorkBench в процессе обучения электротехническим специальностям. Часть 1: Учебное пособие. – Караганда, 2003. – 40 с.