Метод. пособ ОЭТ_лаб. Методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине Основы электронной техники для студентов направления подготовки бакалавра

• Название: Методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине Основы электронной техники для студентов направления подготовки бакалавра
• Дата: 21.04.2022
• Размер: 5.09 Mb.
• Имя файла: Метод. пособ ОЭТ_лаб.doc
• Тип: Методическое пособие; #488675
• страница: 8 из 10

3.2 Лабораторная работа № 2. Определение свойств, параметров, вольт - амперных характеристик кремниевого стабилитрона и их анализ.

1 Цель работы
Цель работы - достичь понимания свойств и параметров полупроводникового кремниевого стабилитрона, приобрести навыки экспериментального определения его вольт - амперных характеристик и их использования.
2 Задачи работы
2.1 Изучить теоретический материал по полупроводниковым кремниевым стабилитронам.

2.2 Выполнить экспериментальную часть работы в соответствии с программой и обработать результаты экспериментов.

2.3 По результатам проведенных работ оформить отчет и защитить его.
3 Программа работ
3.1 Ознакомиться с методическими рекомендациями по выполнению данной работы.

3.2 Изучить теоретические сведения по электрофизическим явлениях в кремниевых полупроводниковых стабилитронах, свойствам и параметрам полупроводниковых кремниевых стабилитронов по конспекту лекций по дисциплине "Твердотельная электроника" и литературе [1 - 4].

3.3 Подготовить формуляр отчета по лабораторной работе.

3.4 Ознакомиться с устройством лабораторного стенда и подготовить его к работе.

3.5 Снять прямые ветви ВАХ кремниевого стабилитрона.

3.6 Снять его обратные ветви ВАХ.

3.7 Построить графики полученных ВАХ.

3.8 Определить величины порогового напряжения, напряжения стабилизации и обратного тока.

3.9 Рассчитать по ВАХ зависимости статического R_c и динамического R_д сопротивлений от тока стабилитрона.

3.10 Определить по справочнику параметры номинального режима стабилитрона и для номинального тока построить схемы замещения.

3.11 Сравнить параметры исследованных стабилитронов с техническими условиями или со справочными данными.

3.12 Для простейшего параметрического стабилизатора, состоящего из последовательно соединенных источника напряжения с величиной электродвижущей силы (ЭДС) равной Е₀, нагрузочного резистора R_н = 1 кОм и исследованного стабилитрона, рассчитать величину коэффициента стабилизации такого параметрического стабилизатора при изменении Е в диапазоне +50% от величины Е₀. Ток стабилитрона при Е = Е₀ принять равным среднему току на рабочем участке полученной в эксперименте ВАХ.

3.13 Для цепи по п. 3.12 при Е = Е_о рассчитать и построить графики

3.14 Закончить оформление отчета и сделать выводы о степени соответствия исследованного стабилитрона техническим условиям.

3.15 Защитить отчет.
4. Методические рекомендации
4.1 При изучении теоретического материала обратить внимание на свойства полупроводникового кремниевого стабилитрона, особенности его ВАХ и методики экспериментального определения ВАХ на рабочем участке. Повторить графо-аналитические методы расчета режимов нелинейных цепей, а также условные обозначения элементов в электрических цепях и их буквенные обозначения по действующим ГОСТам.

4.2 Работа выполняется на модернизированном лабораторном стенде 87Л-01 "ЛУЧ". При выполнении экспериментальной части лабораторной работы необходимо использовать сменный планшет №2. Рекомендуемые приборы: 1) генератор тока (ГТ 0-10 мА), находящийся на нижней панели стенда, 2) мультиметры, находящиеся на правой и левой панелях стенда, 3) кремниевый стабилитрон (образец выдает лаборант), 4) соединительные провода.

4.3 Прямая ветвь ВАХ снимается по схеме, приведенной на левой части планшета (рисунок 1), обратная ветвь - по схеме на правой части (рисунок 2). Для точного получения результатов при малых значениях измеряемых величин необходимо устанавливать переключатели приборов на как можно меньшие диапазоны измерения.



Рисунок 1 – Схема стенда для снятия вольт – амперных характеристик стабилитрона в прямом включении
4.4 При снятии прямых ветвей ВАХ необходимо обратить внимание на полярности источников и приборов, указанные на левой схеме планшета и собрать схему в строгом соответствии с этими полярностями. Далее надо поставить переключатель одного мультиметра в положение 2 В, а переключатель второго - в положение 20 мА. Подключить стенд. Установить рукоятки ГТ "ГРУБО" и "ТОЧНО" в крайнее левое положение.



Рисунок 2 - Схема стенда для снятия вольт – амперных характеристик стабилитрона в обратном включении
4.5 После проверки собранной схемы лаборантом включить стенд, поставив включатель «Сеть» в положение "I". При этом должна загореться подсветка включателя. Вращая рукоятки "ГРУБО" и "ТОЧНО" генератора тока, снять показания приборов в 10 -12 точках. Максимальное значение задаваемого тока - 10 мА - превышаться не должно. Затем отключить стенд от сети, а полученные значения токов и напряжений занести в таблицу для прямой ветви.

4.6 При снятии обратных ветвей ВАХ необходимо собрать схему на правой части планшета стенда (рисунок 2), соблюдая указанные на ней полярности приборов и источников. Поставить переключатель одного из мультиметров перевести в положение 20 В", переключатель второго - в положение "20 мА". Установить рукоятки ГН2 "ГРУБО" и "ТОЧНО" в крайнее левое положение.

4.7 После проверки собранной схемы лаборантом или преподавателем включить стенд включателем «Сеть» в положение "I". При этом должна загореться подсветка включателя.

4.8 Увеличивая ток от 0 мА до 10 мА с помощью рукояток "ГРУБО" и "ТОЧНО" генератора ГТ, снимать показания мультиметров в 10-12 точках с интервалом по току 1 мА на рабочем участке ВАХ исследуемого стабилитрона. Отключить стенд тумблером питания. Занести в таблицу полученные значения токов и напряжений. Построить в первом приближении черновые графики полученных ВАХ и показать их преподавателю. Разобрать схему. Сдать соединительные провода и сменные элементы лаборанту.

4.9 Построить точные графики полученных ВАХ. Поскольку масштабы токов и напряжений на осях графиков прямых и обратных ветвей ВАХ различны, то рекомендуется прямые и обратные ветви ВАХ строить на отдельных графиках, причем на отдельном графике необходимо отобразить рабочий участок ВАХ стабилитрона в виде графика зависимости приращения напряжения от тока.

4.10 При оформлении отчета руководствоваться требованиями к оформлению отчетов по лабораторным работам кафедры «Промышленная электроника».
5 Содержание отчета
Отчет должен содержать следующие разделы:

· цель и программа работ,

· описание методики, принципиальной электрической схемы для определения ВАХ стабилитрона с приведением всех используемых приборов, разъемов и их буквенных обозначений, а также таблиц со значениями экспериментальных данных,

· графики ВАХ стабилитрона с определенными графически пороговыми напряжениями и напряжениями и токами стабилизации,

· расчет зависимостей Rc и Rд от тока стабилитрона, графики этих зависимостей и схемы замещения стабилитрона для номинального тока,

· справочные данные исследуемого стабилитрона и эскизы с указанием названия электродов,

· расчет коэффициента стабилизации параметрического стабилизатора по п.3.12,

· выводы по работе,

· список литературы, использованной при проведении работы.
6 Вопросы для самоконтроля
6.1 Вопросы для допуска к выполнению лабораторной работы.

· В чем заключается цель лабораторной работы?

· Какие приборы используются при выполнении лабораторной работы?

· Как определяется прямая ветвь ВАХ стабилитрона?

· Как определяется обратная ветвь ВАХ стабилитрона?

· Какие пределы измерения выставляются на приборах при определении прямой и обратной ветвей ВАХ диода?

· Какой максимальный ток выставляется при определении прямой ветви ВАХ диодов и какова методика определения обратной ветви ВАХ стабилитрона ?
6.2 Вопросы для защиты лабораторной работы

· В чем заключается принцип действия стабилитрона и особенности физических процессов в нем при различных смещениях?

· Какова причина возникновения участка стабилизации напряжения на обратной ветви ВАХ стабилитрона?

· Чем различаются ВАХ германиевого, кремниевого диодов и кремниевого стабилитрона?

· Как и почему изменяются характеристические сопротивления стабилитрона?

· Каковы области применения стабилитронов и технологии их изготовления?

· В чем заключаются методики проведения экспериментальной и расчетной частей лабораторной работы?

· Какими параметрами характеризуются кремниевые стабилитроны?

· Как стабилитроны маркируются и обозначаются в схемах электрических цепей?

· Каковы схемы замещения диодов?

· Чем стабилитроны отличаются от стабисторов?

· Что такое температурный коэффициент стабилизации?

· Каковы способы повышения температурной стабильности параметров стабилитронов?
7 Приложение

Справочные данные стабилитронов

Д814А, Д814Б, Д814В, Д814Г, Д814Д

Стабилитроны кремниевые сплавные.

Выпускаются в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. Тип прибора и схема соединения электродов с выводами при­водятся на корпусе.

Масса стабилитрона не более 1г.


Электрические параметры

Напряжение стабилизации номинальное при 298 К, Iст = 5 мА:

Д814А 8,0 В

Д814Б 9,0В

Д814В 10,0 В

Д814Г 11,0 В

Д814Д 13,0 В

Разброс напряжения стабилизации I_ст = 5 мА: при 298 К

Д814А От 7,0 до 8,5 В

Д814Б От 8,0 до 9,5 В

Д814В . От 9,0 до 10,5 В

Д814Г От 10,0 до 12,0 В

Д814Д От 11,5 до 14,0 В

при 213 К

Д814А От 6,0 до 8,5 В

Д814Б От 7,0 до 9,5*В-

Д814В От 8,0 до 10,5 В

Д814Г От 9,0 до 12,0 В

Д814Д От 10,0 до 14,0 В

при 398 К

Д814А От 7,0 до 9,5 В

Д814Б От 8,0 до 10,5 В

Д814В От 9,0 до 11,5 В

Д814Г От 10,0 до 13,5 В

Д814Д От 11,5 до 15,5 В

Средний температурный коэффициент напряжения стабилизации при температуре от 303 до 398 К, не более:

Д814А 0,07 %/К

Д814Б 0,08 %/К

Д814В 0,09 %/К

Д814Г, Д814Д 0,095 %/К

Временная нестабильность напряжения стабилизации ±1%

Постоянное прямое напряжение при 298 К, I_пр = 50 мА, не более 1В

Постоянный обратный ток при 298 К, U_обр = 1 В, не более 0,1 мкА

Дифференциальное сопротивление, не более: при 298 К, I_ст = 5 мА

Д814А 6 Ом

Д814Б 10 Ом

Д814В 12 Ом

Д814Г 15 Ом

Д814Д . 18 Ом

при 213 и 398 К, I_ст = 5 мА

Д814А 15 Ом

Д814Б 18 ом

Д814В 25 Ом

Д814Г 30 Ом

Д814Д 35 Ом

при 298 К, I_ст = 1 мА

Д814А 12 Ом

Д814Б 18 Ом

Д814В 25 Ом

Д814Г 30 Ом

Д814Д ...... ....... 35 Ом


Зависимость дифференциально­го сопротивления от тока
Предельные эксплуатационные данные

Минимальный ток стабилизации 3 мА

Максимальный ток стабилизации при температуре; от 213 до 308 К

Д814А 40 мА

Д814Б 36 мА

Д814В 32 мА

Д814Г 29 мА

Д814Д 24 мА

при 398 К

Д814А 11,5мА

Д814Б 10,5 мА

Д814В 9,5 мА

Д814Г 8,3 мА

Д814Д 7,2 мА

Рассеиваемая мощность при температуре:

от 213 до 308 К 340 мВт

при 398 К 100 мВт

Температура окружающей среды От 213 до 398 К

Температура перехода 398 К



Зависимость среднего темпера­турного коэффициента напряже­ния стабилизации от тока.



Зависимость дифференциально­го сопротивления от темпера­туры


Зависимость максимальной рас­сеиваемой мощности от темпе­ратуры


Зависимость максимального тока стабилизации от темпера­туры
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Пасынков В.В. и др. Полупроводниковые приборы.-М.:Высш.шк., 1981. -431с.

2. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. - М.: Энергия, 1973, - 608 с.

3. Микроэлектроника: Учебн. пособие для втузов / Под редакцией Л.А.Коледова. Кн.1. Физические основы функционирования изделий микроэлектроники / О.В. Митрофанов, Б.В. Смирнов, Л.А. Коледов. - М.: Высш. шк., 1987. - 168с.

4 Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. П/р Н. Н. Горюнова. Справочник. М.: Энергоатомиздат 1982.