ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛИТРОНА. 5M-ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА. Лабораторная работа 5m исследование стабилитрона цель Исследование характеристики и параметров стабилитрона
 Скачать 82.47 Kb.
|
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5M ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛИТРОНА Цель: Исследование характеристики и параметров стабилитрона. Приборы и элементы
2.1 Теоретические сведения При подключении стабилитрона к источнику постоянного напряжения через резистор получается простейшая схема параметрического стабилизатора (рисунок 1). Ток стабилитрона может быть определен вычислением падения напряжения на резисторе R: ICT=(E-UCT)/R. Напряжение стабилизации Uстаб стабилитрона определяется точкой на вольтамперной характеристике, в которой ток стабилитрона резко увеличивается. Мощность рассеивания стабилитрона РСТ вычисляется как произведение тока на напряжение: РСТ= ICT*UCT. Дифференциальное сопротивление стабилитрона вычисляется так же, как для диода, по наклону вольтамперной характеристики.  Рисунок 1 2.2 Порядок проведения экспериментов Результаты всех измерений, расчетов и осциллограммы занести в раздел «Результаты измерений». Эксперимент 1 - Измерение напряжения и вычисление тока через стабилитрон 1) Соберите схему в соответствии с рисунком 1. Измерьте значение напряжения UCT на стабилитроне при значениях ЭДС источника 0, 4, 6, 10, 15, 20, 25, 30, 35 В. 2) Вычислите ток ICT стабилитрона для каждого значения напряжения UCT . 3) По данным таблицы постройте вольтамперную характеристику стабилитрона. 4) Оцените по вольтамперной характеристике стабилитрона напряжение стабилизации. 5) Вычислите мощность РСТ , рассеиваемую на стабилитроне при напряжении Е = 20 В. 6) Оцените дифференциальное сопротивление стабилитрона в области стабилизации. Эксперимент 2 - Получение нагрузочной характеристики параметрического стабилизатора 1) Подключите резистор R2 =75 Ом параллельно стабилитрону. Значение источника ЭДС установите равным 20В. Включите схему. Запишите значение напряжения UCT на стабилитроне. 2) Повторите пункт а) при коротком замыкании и при сопротивлениях резистора R2 75 Ом, 100 Ом, 200 Ом, 300 Ом, 600 Ом, 1 кОм. 3) Рассчитайте ток I1 через резистор R1, включенный последовательно с источником, ток I2 через резистор R2, и ток стабилитрона ICT для каждого значения R2. Эксперимент 3 - Получение ВАХ стабилитрона на экране осциллографа Соберите схему в соответствии с рисунком 2. Включите схему. Запишите напряжение стабилизации, полученное из графика на экране осциллографа.  Рисунок 2 2.3 Результаты экспериментовЭксперимент 1 - Измерение напряжения и вычисление тока через стабилитрон 1) Данные для построения ВАХ стабилитрона. Таблица 1
2) Построение ВАХ стабилитрона 3) Напряжение стабилизации, Uстаб=______ 4) Мощность рассеивания стабилитрона при напряжении Е=20 В, Рст =_____ 5) Дифференциальное сопротивление стабилитрона, определенное по наклону графика в рабочей области, Rдиф =_________ Эксперимент 2 - Получение нагрузочной характеристики параметрического стабилизатора Напряжение стабилитрона и значения токов при Е=20 В. Таблица 2
Эксперимент 3 - Получение ВАХ на экране осциллографа Напряжение стабилизации, определенное из вольтамперной характеристики, полученной при помощи осциллографа, Uстаб =__________ . Стабилитрон имеет все те же характеристики, что и диод, плюс добавляется так же напряжение стабилизации Uст или nominal zener voltage. Оно указывается при определенном токе стабилизации Iст или test current. Также в документации на стабилитроны указываются минимальный и максимальный ток стабилизации. При изменении тока от минимального до максимального, напряжение стабилизации несколько плавает, но незначительно.  Рисунок 3 – Вольт-амперные характеристик стабилитрона Рабочая зона стабилитрона обозначена зеленым цветом. На рисунке видно, что напряжение на рабочей зоне практически неизменно при широком диапазоне изменения тока через стабилитрон. Чтобы выйти на рабочую зону, надо установить ток стабилитрона между [Iст. min – Iст. max] с помощью резистора. При меньшем токе, чем Iст. min стабилитрон не откроется, а при большем, чем Iст. max – возникнет необратимый тепловой пробой, т.е. стабилитрон просто сгорит. Т.о. параметры стабилитрона: 1. Uст – напряжение стабилизации (при заданном токе в режиме пробоя); 2. Iст.мин – минимально допустимый ток стабилизации; 3. Iст.макс – максимально допустимый ток стабилизации; 4. rст – дифференциальное сопротивление стабилитрона rст = du/di; 5. αu (ТКН) – температурный коэффициент напряжения стабилизации. Величины Uст , Iст.мин и Iст.макс принято указывать как положительные. Контрольные вопросыПочему полупроводниковые стабилитроны изготавливаются из кремния? Для чего необходимо балансовое сопротивление в схеме включения стабилитрона? Что такое температурный коэффициент напряжения? Объясните физический смысл основных параметров кремниевых стабилитронов? Что такой пробой и виды пробоев? Могут ли кремниевые стабилитроны работать в режиме теплового пробоя? Влияет ли значение сопротивления нагрузки на степень стабилизации выходного напряжения стабилизатора? Как изменяется напряжение стабилитрона UСТ, когда ток стабилитрона становится ниже 20 мА? Каково значение тока стабилитрона ICT при входном напряжении 15В? Каково значение тока стабилитрона ICT при значении сопротивления R1=200 Ом? Как изменяется напряжение UСТ на выходе стабилизатора, при уменьшении сопротивления R1? Диоды принято классифицировать по нескольким параметрам. В зависимости от рабочих частот, они могут быть низко-, высокочастотными, а также способными функционировать в условиях сверхвысоких частот. Также существует деление и в соответствии с конструктивными особенностями, где можно выделить следующие виды диодов. Выпрямительные диоды применяют для выпрямления переменных напряжений низких и высоких частот. Диоды, предназначенные для работы в устройствах высокой и сверхвысокой частоты, называют высокочастотными. СВЧ ‑диоды используются для модуляции и детектирования сверхвысокочастотных колебаний в диапазоне сотен мегагерц, а также в каскадах преобразования частоты радиоприемных устройств. В качестве высокочастотных обычно применяют точечные диоды. Импульсные диоды позволяют уменьшить время восстановления свойств диода при изменении полярности приложенного напряжения. Диод Шоттки — вместо привычного p-n-перехода используется металл. С одной стороны, это позволяет добиться минимальных потерь напряжения при прямом включении. Однако, с другой, при высоком обратном токе, изделие быстро выходит из строя. Стабилитрон — позволяет стабилизировать напряжение. Стабистор — отличается от стабилитрона меньшей зависимостью напряжения от тока. Диод Гана — лишен p-n перехода, вместо которого используется особый кристалл. Используется для работы в диапазоне сверхвысоких частот. Варикап — представляет собой сочетание диода с конденсатором. Емкость изделия зависит от обратного напряжения в области p - n перехода, а применяется он при создании колебательных контуров. Фотодиод — попадание светового потока на токовый переход приводит к созданию в нем разности потенциалов. Если замкнуть в этот момент цепь, то в ней появится ток. Светодиод — при достижении определенного показателя тока в p - n переходе, устройство начинает излучать световой поток. Туннельные диоды, в отличие от рассмотренных выше диодов, являющихся лишь преобразователями электрического тока, обеспечивают усиление электрических сигналов. При туннельном переходе электроны не затрачивают энергию, и переход совершается со скоростью, близкой к скорости света. Это позволяет использовать туннельные диоды для генерирования и усиления СВЧ-сигналов, создания сверхбыстродействующих переключателей различных сверхбыстрых устройств. Лавинно‑пролетные диоды. Для генерированимя СВЧ'колебаний часто применяют лавинно-пролетные диоды, работающие при обратном напряжении на n - p переходе в режиме электрического пробоя и лавинного умножения числа носителей заряда, что приводит в некоторых режимах работы к появлению отрицательного динамического сопротивления. Таблица 2.1
|
