Лабораторна робота № 11. Дослідження властивостей стабілітронів

Лабораторна робота № 11

Дослідження властивостей стабілітронів

Мета роботи - ознайомлення з основними параметрами й характеристиками напівпровідникових стабілітронів.

Загальні відомості

Стабілітрони призначені для стабілізації напруги на навантаженні при зміні живлячої напруги або опору навантаження, для фіксації рівня напруги й т. д. Напівпровідниковий стабілітрон представляєсобою площинний діод, виконаний із сильно легованого кремнію. Для стабілітронів робітником є ділянка електричного пробою ВАХ в області зворотних напруг мал. 8,а. На цій ділянці напруга на діоді залишається практично постійним при зміні струму через діод.

а б

Мал. 8

Вольт-амперна характеристика стабілітрона представлена на мал. 8,а. У робочій області вольт-амперну характеристику стабілітрона можна апроксимірювати вираженням:

I = -A exp [α (Uст − βU )],

Коефіцієнти α і β характеризують форму кривої в області стабілізації. Характеристика реального стабілітрона наведена на мал. 8,б. Заштрихована область визначає можливий розкид напруг стабілізації. Спочатку лавинний процес нестійкий. Тому інтервал робочих струмів стабілітрона вибирають від Imin, обумовленого необхідною стійкістю роботи, до Imax, обумовленого максимально припустимою потужністю розсіювання. Стабілітрон приєднують паралельно навантаженню Rн.

Для стабілізації малих напруг (до 1У) використовують стабістори - кремнієві діоди, у яких для стабілізації використовується пряма гілка ВАХ.

Основні параметри стабілітрона:

Номінальна напруга стабілізації Uст ном — напруга на стабілітроні в робочому режимі (при заданому струмі стабілізації).

Мінімальний струм стабілізації Iст. min — найменше значення струму стабілізації, при якому режим пробою стійкий.

Максимально припустимий струм стабілізації  Iст. max — найбільший струм стабілізації, при якому нагрівання стабілітронів не виходить за припустимі межі.

Диференціальний опір rдиф — відношення збільшення напруги стабілізації до зухвалого його збільшення струму стабілізації: rдиф= DUст /DIст.

Температурний коефіцієнт напруги стабілізації- відношення відносної зміни напруги стабілізації до абсолютної зміни температури навколишнього середовища: aст=DUст /(UстDT).

До параметрів стабілітронів також відносять максимально припустимий прямий струм Imax, максимально припустимий імпульсний струм Iпр. і max , максимально припустима розсіювана потужніст Р max .

Завдання

Розрахункова частина

1.  Розрахувати параметричний стабілізатор мал. 9,а на задане значення навантаження з вихідною напругою 9В и нестабільністю 1% при нестабільності напруги на вході 10%.

Для параметричного стабілізатора справедливі співвідношення:

,

,

,

,

.

2.  Для розрахованого параметричного стабілізатора визначити зміни напруги стабілізації DUст при зміні температури на 500С.

Дані до розрахунку

Параметри стабілітрона КС191Ж: , , rдиф=47Ом, aст=0,09[%/0C], .

Експериментальна частина

а Мал. 9 б

1.  Досліджувати напівпровідникові стабілітрони VD1, VD2 мал. 9,а, б:

-  зняти вольт-амперні характеристики (ВАХ) стабілітронів VD1, VD2 I=f(U), (не менш 10 крапок);

-  результати оформити у вигляді таблиць 3, 4 і графіків.

Таблиця 3

Пряма гілка	UVD1 [B]
UR1 [B]
IVD1 [mA]
Зворотня гілка	UVD1 [B]
UR1 [B]
IVD1 [mA]

Таблиця 4

Пряма гілка	UVD2 [B]
UR1 [B]
IVD2 [mA]
Зворотня гілка	UVD2 [B]
UR1 [B]
IVD2 [mA]

2.  Зняти амплітудні характеристики схем мал. 9, а, б Uвых=f(Uвх) у діапазоні Uвх=-6В…+6В, результати занести в таблицю 5.

Таблиця 5

Uвх1 [B]
Uвых1 [B]
Uвх2 [B]
Uвых2 [B]

3.  За результатами експерименту визначити:

-  напруги стабілізації стабілітронів VD1, VD2 і класифікувати по типу;

-  диференціальні опори стабілітронів rдиф1, rдиф2;

-  опору стабілітронів постійному струму в середині робочої ділянки R01, R02;

-  результати занести в таблицю 6.

Таблиця 6

Uст1 [B]	rдиф1 [Ом]	R01 [Ом]	Тип VD1	Uст1 [B]	rдиф1 [Ом]	R01 [Ом]	Тип VD2

Опис лабораторної установки

Принципова схема макета, представлена на мал. 9, дозволяє вивчити основні властивості напівпровідникових стабілітронів. Для зняття прямої й зворотної ВАХ стабілітронів на схеми подається регульована напруга Uрег відповідної полярності від регульованого стабілізованого джерела живлення.

Вказівки по виконанню роботи

1.  Для зняття вольт-амперних характеристик (ВАХ) стабілітронів VD1, VD2 необхідно використовувати регульоване стабілізоване джерело живлення 0-6В, напруга з якого підключається до клем “Uрег” на лабораторному стенді з відповідною полярністю. Для зняття прямої гілки ВАХ на анод стабілітрона подається позитивна напруга Uрег (пряме включення стабілітрона). Для зняття зворотної гілки ВАХ на анод подається негативна напруга Uрег (зворотне включення стабілітрона). Змінюючи напругу Uрег із джерела живлення від нуля до 6В, вольтметром постійного струму або універсальним вольтметром (мультіметром) фіксують напруги на стабілітроні й резисторі R1, дані заносяться в таблицю. Значення струму розраховується за законом Ома.

2.  Для зняття амплітудних характеристик параметричних стабілізаторів мал.9, а, б у діапазоні Uвх=-6В…+6В на вході стабілізаторів змінюють напругу регульованого стабілізованого джерела живлення від 0 до +6В (не менш 10 крапок), потім міняють полярність і знімають значення вихідної напруги при зміні вхідного від -6В до 0.

Для зручності виконання 1 і 2-го пунктів експериментальної частини можна сполучити, у цьому випадку UVD1=Uвых1, UVD2=Uвых2.

3.  Напруги стабілізації стабілітронів, диференціальні опори й опори постійному струму в середині робочої ділянки ВАХ визначаються по зворотних гілках побудованих вольт-амперних характеристик.

Зміст звіту

Звіт по роботі повинен містити:

1.  Мета роботи.

2.  Вихідні дані для розрахунку.

3.  Попередній розрахунок.

4.  Принципову схему лабораторної установки.

5.  Таблиці експериментальних і розрахункових даних.

6.  Графіки залежностей, отриманих у результаті експерименту й розрахунку.

7.  Короткі висновки за результатами розрахунку й експерименту.

Контрольні питання

1.  Призначення стабілітронів, їхня відмінність від випрямних діодів.

2.  Зрівняти ВАХ стабілітрона й випрямного діода.

3.  Зобразите ВАХ стабістора.

4.  У чому відмінність стабістора від стабілітрона?

5.  Основні параметри й характеристики стабілітронів.

6.  Чим характеризуються температурні властивості стабілітронів?

7.  Як експериментально зняти ВАХ стабілітрона?

8.  Як експериментально визначити диференціальний опір стабілітрона?

9.  Намалювати принципову схему параметричного стабілізатора й пояснити принцип його роботи.

10.  Що називають амплітудною характеристикою?

11.  Намалювати схему амплітудного обмежника на стабілітроні й сигнал на його вході й виході.

12.  Як використовувати стабілітрон для обмеження “зверху” із заданим порогом, для обмеження “знизу”, для двостороннього обмеження?