ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Краткие теоретические сведения

Лабораторная работа № 23

СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАБИЛИТРОНА

Цель работы - научиться измерять ВАХ стабилитрона и определять его основные параметры; приобрести навыки построения моделей стабилитрона.

Оборудование: макет, вольтметр, амперметр

Краткие теоретические сведения

Стабилитрон - это полупроводниковый диод, обратное напряжение которого в режиме электрического пробоя слабо зависит от изменений силы тока. Это свойство используется для стабилизации напряжения от 3 до 200 В. Стабилитроны изготовля-ют из кремния. Германиевые диоды не используют для стабилизации напряжения вследствие большой вероятности теплового пробоя ЭДП из-за относительно большого значения обратного тока и его резкой температурной зависимости. Принцип действия полупроводниковых стабилитронов основан на использовании свойств электрических видов пробоя (туннельного и лавинного), имеющих обратимый характер.

Напряжение пробоя зависит от концентрации легирующей примеси, а, следовательно, и от толщины ЭДП. При высоких уровнях легирования (>10" см) в очень тонкой области ЭДП возникает сильное электрическое поле и велика вероятность туннелирования носителей заряда сквозь ЭДП при обратных смещениях. В таких диодах развивается туннельный пробой при его напряжениях 3 В <5 В.

При большой ширине ЭДП вследствие низкой концентрации легирующей примеси при обратных смещениях > 7 В возникает лавинный пробой. При

5 В < 7 В механизм пробоя смешанный. Поскольку ВАХ реального стабилитрона имеет наклон в режиме пробоя, то напряжение стабилизации не совпадает с (рис.3.1).

Для однозначного определения Uст задаются значением номинального тока стабилизации Icт.ном согласно ГОСТ 16994-73, который определяет все параметры стабилитронов.

Рис.3.1

При силе тока, меньшей минимального значения тока стабилизации пробой становится неустойчивым.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность стабилитрона

(3.1)

ограничивает максимальные значения тока и напряжение

Наклон ВАХ стабилитрона в рабочей области характеризуется дифференциальным сопротивлением:

(3.2)

Чем меньше значение , т.е. меньше наклон ВАХ, тем выше качество стабилизации.

Статическое сопротивление стабилитрона характеризует потери в данной рабочей точке Q (см. рис.3.1);

(3.3)

Коэффициент качества характеризуется как отношение относительного изменения напряжения стабилизации к вызвавшему его относительному изменении силы тока стабилизации. Чем меньше значение , тем выше качество стабилизации:

(3.4)

Прямая ВАХ стабилитрона аналогична ВАХ кремниевого выпрямительного диода.

На рис. 3.2 показано графическое обозначение стабилитрона согласно ГОСТ 2730-73 с указанием тока и напряжения стабилизации. Согласно ГОСТ 10862-73 маркировка стабилитронов состоит из четырех элементов:

первый - К или 2 -характеризует кремний, из которого сделан стабилитрон, и второй буква С (стабилитрон), третий –трехзначное число –определяет параметры: стабилитроны с

<10В – 101-109, 10В<

<100В –201-299 и 100В<

<200В –301-399,

соответственно 401-499, 501-599 и 601-699 и

>5Вт – соответственно 701-799, 801-899 и 901-999. Последние две цифры – числовое значение номинального напряжения стабилизации, Например, у стабилитронов КС168А, 2С520Б и КС960А это напряжение составляет соответственно 6,8В, 20В и 160В.

Рис. 3.2

Для моделирования ВАХ стабилитрона в режиме большого сигнала используется кусочно-нелинейная модель, схема замещения которой изображена на рис. 3.3,а. Мало сигнальная схема замещения стабилитрона в рабочем режима изображена на рис.3.3,б.

Рис. 3.3

В нелинейной модели резистор отражает сопротивление материала базы, диод VD1 моделирует прямую ветвь ВАХ, описываемую уравнением

(3.5)

Источник напряжения и диод, имеющий резкий излом ВАХ, моделируют обратную ветвь стабилизации, уравнение которой имеет вид

(3.6)

где Io - обратный ток стабилитрона при < , и - коэффициенты неидеальности ВАХ.

Таким образом, параметрами нелинейной модели являются Io,. , , .Методикаидентификации параметров ,описана в лабораторной работе № I. Значение измеряют при токе илииспользуют его справочное значение.

По наклону ветви стабилизации в рабочей точке Q (см. рис.3.1) находят единственный параметр линейной модели стабилитрона:

(3.7)

Следовательно, измеряя значение идентифицируют параметр . Поскольку электрический пробой является безынерционным, то в моделях стабилитрона отсутствуют реактивные элементы.

Схема эксперимента

Схема измерений ВАХ стабилитрона изображена на рис.3.4.

С помощью переключателя П1 изменяют полярность напряжения, которое подается на схему измерения, а с помощью переключателя П2 замыкают, или размыкают цепь питания.

Рис.3.4

Набором резисторов, переключатель П2 "РЕГ. ТОКА", регулируют силу тока стабилитрона, т.е. создают условие источника тока или напряжения на входе исследуемого стабилитрона VD1.

Порядок выполнения работы

I. Подготовка измерительной аппаратуры и источника питания.

На цифровом амперметре установить режим измерения постоянного тока и предел измерения ~ 100 мА. На цифровом вольтметре установить режим измерения постоянного напряжения и предел измерения 1 В. Затем включить все приборы для прогрева на 15мин.

В исходном состоянии переключатель П макета должны быть в верхнем положении. Ручку "РЕГ. ТОКА" перевести в положение "4". Определить тип исследуемого стабилитрона. После прогрева установить нуль и произвести калибровку цифровых приборов.

2. Измерение прямой ветви ВАХ.

Подключить амперметр между гнездами Г1 и Г2 макета, а вольтметр - между гнездами ГЗ и I, подать прямое напряжение на исследуемый стабилитрон, записать полученные значения и . Увеличивая напряжение источника питания и изменяя положение ручки "РЕГ. ТОКА" на макете, выполнить аналогичные измерения при нескольких значениях прямого токе стабилитрона, не превышающих =50мА.

3. Измерение обратной ветви ВАХ.

Установить на макете переключатель "РЕГ. ТОКА" в положение "5". Уменьшить напряжение источника питания до 0,1 В, установитьток,равный , стабилитрона исследуемого типа. Установить предел измерения на амперметре 0,01 мА, а на вольтметре - 10В. Нажать переключатель П1, подать обратное напряжение на стабилитрон. Увеличивая напряжение источника питания, измерить силу обратного тока стабилитрона при ⁼ I В, 0,8 , . Установив предел измерения силы тока, равный 100 мА, и увеличивая напряжение источника питания, измерить при и при

.4. Выключить измерительные приборы и источники питания.