Параметров стабилитронов

Дата добавления: 2015-09-15; просмотров: 5319; Нарушение авторских прав

Кирпичев В.Ф.   МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ Исследование характеристик и параметров стабилитронов
		2006

Составитель - ст. преподаватель КИРПИЧЕВ В.Ф.

Данные методические указания являются вторым изданием аналогичных указаний к лабораторной работе «Исследование характеристик и параметров стабилитронов», выпущенным в 1983 году.

Одобрено к переизданию на заседании кафедры Автоматизированных информационных

и вычислительных систем

11.11.2006 г., протокол №3.

1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

СТАБИЛИТРОНЫ

Стабилитронами, или опорными диодами, называются такие дио­ды, у которых на вольтамперной характеристике имеется участок со слабой зависимостью напряжения от величины тока, протекающего че­рез диод. Этот участок наблюдается на обратной ветви вольтамперной характеристики кремниевого диода и обуславливается пробоем в p-n переходе (рис. I).

Рис. 1. Вольтамперные характеристики:

а – «высоковольтный» стабилитрон;

б – низковольтный стабилитрон;

в – стабистор.

Величина напряжения стабилизации (напряжение пробоя) определятся шириной

p-n перехода.

Низковольтные стабилитроны (рис. 1,б) изготавливают из сильнолегированного кремния, p-n переход в нем узкий и поэтому в таких диодах развивается туннельный пробой. При нагреве низковольтно­го стабилитрона вольтамперная характеристика смещается вправо (пунктир на рис. 1,б), т.к. температурный коэффициент напряжения туннельного пробоя отрицателен.

Туннельный пробой имеет место в стабилитронах с напряжением стабилизации менее 5В.

Увеличивая удельное сопротивление кремния, мы тем самым уве­личиваем ширину перехода и напряжение его пробоя (рис. 1,б). Это даёт возможность подбором удельного сопротивления кремния получать требуемые напряжения стабилизации. В стабилитронах с напря­жением стабилизации более 10В пробой лавинный. Температурный коэф­фициент лавинного пробоя положителен, поэтому при нагреве вольтамперная характеристика смещается влево (пунктир на рис. I, а).

Минимальный температурный коэффициент имеют стабилитроны с напряжением пробоя около 7В, в которых одновременно имеют место, как лавинный пробой с положительным температурным коэффициентом напряжения пробоя, так и туннельный пробой с отрицательным темпе­ратурным коэффициентом.

Для стабилизации напряжений 0,7 ± 1,5 В используют прямую ветвь кремниевого диода (рис. 1, в). Кремниевые приборы, специаль­но предназначенные для этих целей, называются стабисторами. Температурный коэффициент напряжения стабисторов, как и обычных, прямосмещенных диодов, отрицателен (пунктир на рис. 1, в). Следует подчеркнуть, что стабистор включают в схему в прямом направлении, а стабилитрон - в обратном.

Параметры

Стабилитроны характеризуются следующими основными параметра­ми:

1. Напряжение стабилизации Uст соответствует точке А на сере­дине рабочего участка (при протекании среднего тока Icp). Зна­чения напряжения стабилизации лежат в пределах от 3 до 100 В.

2. Максимальный и минимальный токи стабилизации Imax и Imin.

3. Среднее значение тока стабилизации

4. Разброс напряжения стабилизации - допустимое отклонение величины напряжения стабилизации от значения Uст.

5. Дифференциальное сопротивление в рабочей точке А (при среднем
значения тока стабилизации Icp)

Значения Ri лежат в пределах от долей Ома до сотен Ом.

6. Статическое сопротивление или сопротивление диода постоянному току в рабочей точке

7. Температурный коэффициент напряжения стабилизации

Минимальный ток Imin определяется гарантированной устойчивостью состояния электрического пробоя р-n перехода. Максимальный ток определяется отношением максимальной допустимой мощности к напряжению стабилизации

Наклон вольтамперной характеристики в рабочей точке А будет определять дифференциальное сопротивление стабилитрона Ri.

Чем больше эта величина, тем больше будет меняться напряжение на диоде при изменениях тока стабилизации, поэтому при создании стабилитронов стремятся достичь минимального значения.

Одним из наиболее важных параметров стабилитрона является температурный коэффициент напряжения. Он показывает относительное изменение напряжения стабилизации при изменении температуры окру­жающей среды на один градус при постоянном значении тока. Иногда ТКН выражается в процентах [TKH, % = (∆Uст/∆Uст∆Т)·100]. Для компенсации положительного ТКН стабилитронов иногда применя­ют комбинацию из последовательно включенных в прямом направлении двух или более р-n переходов, имеющих отрицательный ТКН (рис. 1в, пунктир).

Схема стабилизатора напряжения в этом случае имеет вид, при­веденный на рис. 2.

Рис. 2. Схема включения стабилитрона и компенсирующих диодов в параметрическом стабилизаторе напряжения.

Термокомпенсированные стабилитроны выпускаются и в виде диск­ретных приборов.

Кремниевые стабилитроны используются для стабилизации нап­ряжений источников питания, а также для фиксации уровней напря­жений (и токов) в схемах (отсюда и происходит второе название кремниевых стабилитронов "опорные диоды").

2. ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Цель работы - исследование прямой и обратной ветви вольтамперной характеристики стабилитрона применительно к использо­ванию в стабилизаторах напряжения.

В процессе работы снимается прямая и обратная ветвь вольтамперной характеристики при комнатной и повышенной температуре. На обратной ветви выбирается рабочая точка, в которой вычисля­ются основные параметры (U_ст, R_i, R₀, TKH). На прямой ветви определяется температурный коэффициент напряжения стабилизации. Сравнивая (деля) температурные интервалы ∆Uст напря­жения при обратном (в точке А) и прямом (в точке B) смещении определяется количество термокомпенсирующих диодов.

3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ЭКСПЕРИМЕНТА

Рис. 3. Схема для снятия обратной ветви вольтамперной характеристики стабилитрона.

Рис. 4. Схема для снятия прямой ветви вольтамперной характеристики стабилитрона и стабистора.

4. ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

Записать основные паспортные данные исследуемого стабилитрона (U_ст, I_min, I_max, R_i, TKH).

Собрать схему для снятия обратной ветви вольтамперной характерис­тики (ряс. 3) и снять характеристику. Записать значение Uст при токе Icp.

Собрать схему для снятия прямой ветви вольтамперной характеристики (рис.4) и снять характеристику. Записать значение прямого напря­жения Uпр при токе Iпр=Iср. Точки отсчета откладывать сразу на миллиметровке. Включить термостат, и через 15 минут снять прямую ветвь вольтам­перной характеристики при повышенной температуре. Записать значе­ние Uпр при токе Iпр=Iср.

Собрать схему для снятия обратной ветви (рис.3) и снять обратную характеристику при повышенной температуре. Записать значение Uст при токе Icр.

Записать значения комнатной температуры и температуры нагре­того термостата.

Построить прямые и обратные ветви при нормальной и повышен­ной температурах.

Рассчитать значение Ri, ТКH в рабочей точке обратной ветви ха­рактеристики.

Рассчитать ТКН на прямой ветви характеристики (при токе Iпр = Iср.) Оценить знаки ТКН на прямой и обратной ветви характеристики и оп­ределить количество компенсирующих диодов N

5. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать:

1. Основные паспортные данные исследуемого прибора (тип, U_ст, I_min, I_max, R_i, TKH)

2. Схемы экспериментов.

3. Краткое описание хода работы со ссылкой на используемые рисун­ки, таблицы.

4. График зависимости тока через прибор от прямого и обратного напряжения.

5. Расчет параметров исследуемого стабилитрона в рабочей точке А (U_ст, I_ср, R_i, R₀, TKH) на обратной ветви характеристики.

6. Расчет температурного коэффициента напряжения на прямой ветви характеристики в точке В при прямом токе I_пр = I_ср.

7. Расчет количества термокомпенсирующих диодов N.

Все рисунки, графики, схемы, должны иметь сквозную нумерации по типу данного описания. Все таблицы также должны иметь нумерацию, заголовок и головку таблицы по типу:

Таблица 1

Паспортные данные стабистора КС 107А

Следует избегать диагональных разделительных линий в головке таблицы. В тексте ссылки на таблицу делать по форме табл. I.

Сокращать слово таблица в заголовке нельзя. В отчете не должно быть ненумерованных таблиц, рисунков, графиков и схем. Графики должны быть подписаны снизу по типу:

Рис. 3. Вольтамперные характеристики стабилитрона Д808.

На графике обязательно должна быть проставлена размерность токов и напряжений по осям, числовые отметки через равные промежутки, числовые значения температур (комнатной и повышенной).

В отчете не должно быть графиков, рисунков, таблиц и т.п., на ко­торые нет ссылки в тексте.

Отчет должен быть оформлен на листах одного формата (желательно 210x297), включая графики на миллиметровой бумаге.

Отчет должен быть сшит.

6. ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ

1. На каком участке вольтамперной характеристики диода выбирается рабочая точка в стабилитронах?

2. Какой вид пробоя наблюдается у стабилитронов с напряжением ста­билизации более 10 В? В чем состоит сущность этого вида пробоя?

3. Какой вид пробоя характерен для стабилитронов с напряжением ста­билизации менее 5 В? Каков механизм этого вида пробоя?

4. Каковы знаки температурных коэффициентов напряжения пробоя при туннельном и лавинном пробое?

5. Какова связь между напряжением пробоя и удельным сопротивлением кремния, из которого изготовлен стабилитрон?

6. Какое напряжение стабилизации имеют стабилитроны с малым темпе­ратурным коэффициентом напряжения? Чем объясняется у них малый ТКН?

7. Какое напряжение стабилизации характерно для стабисторов? На каком участке вольтамперной характеристики выбирается рабочая точка у стабисторов?

8. Какова желательная величина дифференциального сопротивлении R_i стабилитрона?

9. В каких единицах измеряется температурный коэффициент напряжения стабилизации?

10. В чем сущность термокомпенсации стабилитронов?

11. .Как обозначается стабилитрон в электрических схемах (начертание, размеры)?

12. Какое напряжение (прямое или обратное) подается на стабилитрон, на стабистор?

13. Что больше: дифференциальное сопротивление стабилитрона или сопротивление постоянному току в рабочей точке?

14. Для чего применяются стабилитроны? Нарисуйте схему параметрического стабилизатора напряжения и объясните его принцип работы.

15. Каков порядок дифференциального сопротивления стабилитрона в рабочей области?
16. Чем определяется минимальное значение рабочего тока стабилитрона?

17. Чем определяется максимальное значение рабочего тока стабилитрона?

18. В каких пределах лежат значения напряжений стабилизации полу­проводниковых стабилитронов?

19. Какой материал используется для изготовления полупроводниковых стабилитронов?

20. Какой материал используется для изготовления стабисторов?

7. ЛИТЕРАТУРА

1. Ю.Д. Денискин и др. Электронные приборы (программированное учеб­ное пособие), Н., Энергия, 1980.

Методические указания

Кирпичев Валерий Федорович