Цель работы.Снять вольтамперную характеристику стабилитрона и определить по ней характеристики стабилитрона. Исследовать схему параметрического стабилизатора напряжения.
Задание 1. Выбрать стабилитрон из таблицы 1 в соответствии с номером задания, заданным преподавателем.
Таблица 1.
№
Стабилитрон
1N
1N
1N
1N
1N
1N
1N
1N
1N
1N
1N
1N
После двойного щелчка мышью на соответствующем изображении стабилитрона из библиотеки компонентов выбрать стабилитрон и установить его на рабочем столе программы. На рисунке 1 показана процедура выбора стабилитрона 1N4733A из библиотеки компонентов программы EWB.
Рисунок 1. Процедура выбора стабилитрона из библиотеки компонентов.
После щелчка мышью на клавише Edit в библиотеке компонентов открыть таблицу
характеристик выбранного стабилитрона, рисунок 2.
Рисунок 2. Характеристики стабилитрона 1N4733A
Из таблицы на рисунке 2 видно, что при протекании номинального значения тока стабилитрона Iст = 75мА (Zener test current) напряжение на стабилитроне (Zener test voltage) Uст = 5,1В.
Задание 2. Собрать схему для исследования обратной ветви ВАХ стабилитрона.
Схема для исследования обратной ветви ВАХ стабилитрона показана на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема для исследования обратной ветви ВАХ стабилитрона.
В данной схеме резистор Rб ограничивает обратный ток через стабилитрон.
Задание 3. Снять обратную ветвь ВАХ стабилитрона
Для этого необходимо выполнить следующие действия:
Установить в схеме стабилитрон, выбранный из таблицы 1.
Активировать программу тумблером .
Измерить значения обратного тока Iст и напряжения на стабилитроне Uст при разных значениях напряжения источника питания Eп и данные занести в таблицу 2.
Таблица 2.
Eп, В
5,0
5,2
5,4
5,6
5,8
Iст, мА
Uст, В
Значения напряжения питания Eп нужно задавать таким образом, чтобы получить как минимум 4-5 точек в области электрического пробоя стабилитрона.
При максимальном значении напряжения питания Eп макс через стабилитрон должен протекать максимальный ток Iст макс ≈ 2*Iст, который в два раза больше рабочего тока стабилитрона.
Задание 4. Построить по данным таблицы 2 вольтамперную характеристику стабилитрона и определить точку пробоя, рабочую точку, статическое и дифференциальное сопротивление в рабочей точке, рисунок 4.
Рисунок 4. ВАХ стабилитрона
Для этого необходимо выполнить следующие действия:
Отметить на графике положение точки пробоя и рабочей точки стабилитрона, в которой при протекании рабочего тока I = Iст напряжение на стабилитроне U = Uст. Сравнить эти значения с данными из таблицы библиотеки компонентов, рисунок 2.
Определить по графику статическое и дифференциальное сопротивление стабилитрона в рабочей точке стабилитрона.
Прямое и обратное сопротивление постоянному току (статическое сопротивление) рассчитывают по следующим формулам:
Rст.пр = Uпр/Iпр,
Rст.обр = Uобр/Iобр.
Прямое и обратное сопротивление по переменному току (дифференциальное сопротивление) рассчитывают по следующим формулам:
rдиф.пр = ΔUпр/ΔIпр,
rдиф.обр = ΔUобр/ΔIобр.
Схему с показаниями вольтметра и амперметра, график обратной ветви ВАХ заданного стабилитрона и его характеристики вставить в отчет.
В параметрическом стабилизаторе напряжения нагрузку включают параллельно стабилитрону. В нагрузке Rн протекает ток Iн = Uн/Rн = Uст/Rн. В области электрического пробоя через стабилитрон протекает ток Iст, значение которого лежит в пределах Iст мин < Iст < Iст макс.
Балластный резистор Rб ограничивает ток через стабилитрон. Через балластный резистор Rб протекает ток Iобщ = Iст + Iн = (Eп - Uст)/Rб.
Сопротивление балластного резистора Rб выбирают таким образом, чтобы при минимальном входном напряжении Eп мин, через стабилитрон протекал минимальный ток Iст мин, при котором происходит электрический пробой.
С учетом этого формула для расчета значения Rб имеет вид:
Rб = (Eп мин – Uст)/(Iст мин + Uст/Rн ).
При проведении исследований необходимо выполнить следующие действия:
Собрать схему в соответствии с рисунком 5.
Выбрать стабилитрон и сопротивление нагрузки Rн из таблицы 3 в соответствии с номером задания, заданным преподавателем.
Таблица 3.
№
Стабилитрон
1N
1N
1N
1N
1N
1N
1N
1N
1N
1N
1N
1N
Rн, кОм
Определить для выбранного стабилитрона минимальное входное напряжение
Eп мин = 1,2Uст.
Рассчитать значение балластного сопротивления Rб по формуле
Rб = (Eп мин – Uст)/(Iст мин + Uст/Rн ).
Установить значения Eп мин и Rб на схеме, рисунок 5.
Активировать программу тумблером .
Измерить значения напряжения на нагрузке Uн при разных значениях входного напряжения Eп от минимального до максимального. При минимальном напряжении Eп мин через стабилитрон протекает минимальный ток Iст мин. При максимальном напряжении Eп макс через стабилитрон протекает максимальный ток Iст макс. Полученные данные запишите в таблицу 4.
Таблица 4.
Eп, В
Uн, В
Построить по данным таблицы 4 график зависимости напряжения на нагрузке Uн от входного напряжения Eп.
Определить по данным таблицы 4 максимальное Uн макс и минимальное Uн мин напряжение на нагрузке, при работе стабилитрона в области пробоя.
Определить абсолютное значение изменения напряжения на нагрузке
ΔUн = Uн макс – Uн мин.
Рассчитать относительную нестабильность напряжения нагрузки по формуле
α = (ΔUн/ Uн )*100%.
Схему параметрического стабилизатора напряжения с показаниями приборов и значение абсолютной и относительной нестабильности напряжения нагрузки вставить в отчет.
Контрольные вопросы
1. Принцип действия стабилитрона.
2. Основные параметры стабилитронов.
3. Принцип работы параметрического стабилизатора напряжения.
4. Что произойдет со стабилитроном, если обратный ток превысит Iст.макс?
. 
