Исследование стабилитрона и стабистора

 

Цель работы – снятие и анализ ВАХ кремниевого стабилитрона и стабистора; определение их параметров по характеристикам (рис.3, а, б).

Пояснения. Стабилитроны и стабисторы – это полупроводниковые диоды, на которых напряжение сохраняется с определенной точностью при изменении протекающего через них тока в заданном диапазоне. Эти приборы предназначены для стабилизации напряжения. Участки ВАХ, соответствующие электрическим режимам стабилитронов и стабисторов в режиме стабилизации, называют рабочими (участки ав и вг на рис.4). Рабочий участок стабилитрона расположен на обратной ветви ВАХ, т.е. прибор работает в режиме пробоя. Рабочий участок стабистора расположен на прямой ветви ВАХ.

Основными параметрами стабилитронов являются:

-номинальное напряжение стабилизации U_СТ.НОМ – среднее напряжение стабилизации стабилитрона при 298 К и определенном токе стабилизации I_СТ;

-разброс напряжений стабилизации DU_СТ – интеграл напряжений, в пределах которого находится напряжение стабилизации прибора данного типа;

 

-температурный коэффициент напряжения стабилизации a_СТ, показывающий на сколько процентов изменяется напряжение стабилизации U_СТ при изменении температуры окружающей среды на 1 К;

-дифференциальное сопротивление r_СТ, определяющее стабилизирующие свойства прибора и показывающее, как напряжение стабилизации зависти от тока;

-минимально допустимый ток стабилизации I_CT.MIN – минимальный ток через стабилитрон, при котором сохраняется его стабилизирующие свойства; при меньших значениях тока I_CT резко возрастает r_СТ и уменьшается U_СТ;

-максимально допустимый ток стабилизации I_CT.MAX – максимальный ток, при котором прибор сохраняет работоспособность длительное время.

Значение температурного коэффициента напряжения стабилизации и его знак зависят от напряжения U_СТ.НОМ. Стабилитроны, напряжение стабилизации которых больше 5,5В, имеют a_СТ >0, т.е. при увеличении температуры напряжение U_СТ увеличивается. При напряжении U_СТ.НОМ < 5,5В стабилитроны имеют a_СТ <0 и их напряжение стабилизации с увеличением температуры уменьшается. Стабисторы также имеют a_СТАБ <0.

В стабилизаторах напряжения, работающих в широком диапазоне температур, используют прецизионные стабилитроны с внутренней термокомпенсацией, в которых последовательно их p-n-переходу включен в прямом направлении обычный кремниевый p-n-переход с отрицательным температурным коэффициентом прямого напряжения (рис.5).

Дифференциальное сопротивление стабистора r_СТАБ рассчитывают по формуле (см. рис.4):

(2)

 

Порядок выполнения работы

1. Вычертить табл.3 и табл.4 для снятия прямой и обратной ветвей ВАХ стабилитрона.

2. Вычертить координатные оси для построения прямой и обратной ветвей ВАХ (масштаб по осям: I_ПР –в 1 см 2мА; U_ПР – в 1 см 0,1В; I_ОБР –в 1 см 2мА; U_ОБР – в 1 см 1В.).

3. Вычертить табл.5 для записи результатов измерения нестабильности напряжения стабилитрона при изменении проходящего через него тока.

Таблица 3

Прямой ток IПР, мА	0,1	0,5
Прямое напряжение UПР, В

 

Таблица 4

Обратный ток IСТ, мА	0,1	0,5
Обратное напряжение UСТ, В

 

Таблица 5

Ток стабилизации IСТ, мА	0,1	0,5
Нестабильность напряжение стабилизации UПР, В

 

4. Зарисовать исследуемые электрические схемы (см. рис.3, а, б).

5. Собрать схему, показанную на рис.3, а, используя графические обозначения, нанесенные на сменную панель 87Л –01/2. Снять прямую ветвь ВАХ стабилитрона и занести результаты измерений в табл.3.

6. Собрать схему, показанную на рис.3,б, снять обратную ветвь ВАХ и занести результаты измерений в табл.4.

7. Измерить нестабильность напряжения dU_СТ стабилитрона при изменении проходящего через него тока и занести результаты измерений в табл.5.

8. Построить прямую и обратную ветви ВАХ стабилитрона в координатных осях.

9. Рассчитать дифференциальное сопротивление стабилитрона и стабистора по формулам (1) и (2).

 

Методические указания

1. При выполнении пункта 5 используют:

G1 (ГТ) – генератор тока стенда;

РА1 (IПР) - АВМ1 на пределах измерения << 10 мА > > и << 5мА>>;

РV1 (UПР) - АВМ2 на пределах измерения << 1В >> и << 0,5В> >;

VD1 – стабилитрон Д814А.

2. При выполнении пункта 6 используют:

G2 (ГТ) – генератор тока стенда;

РА2 (IСТ) - АВМ1 на пределе измерения << 10 мА > >;

РV2 (dUСТ) - АВМ2 на пределах измерения << 10В >>; обратное напряжение измеряют, закоротив гнезда X13 и X14.

3. При выполнении пункта 7 используют:

G2 (ГТ) – генератор тока стенда;

РА2 (IСТ) - АВМ1 на пределе измерения << 10 мА > >;

РV2 (dUСТ) - АВО на пределах измерения << 5В >>, << 1В >>, << 0,5В >>, << 0,1В >>;

G3 (ГН2) – генератор напряжения стенда;

Предварительно по измерителю выхода ИВ устанавливают выходное напряжение ГН2, равное напряжению стабилизации UСТ (табл.4), и ток через стабилитрон, равный 1мА; прибор при этом отключен.

Затем его подключат и, изменяя выходное напряжение ГН2 ручкой << Точно >>, добиваются нулевого показания АВО на пределе 0,1В. Увеличивают ток через стабилитрон в соответствии с данными табл.5; при этом прибор РV2 (dUСТ) покажет нестабильность напряжения стабилитрона при изменении проходящего через него тока.

 

Контрольные вопросы

1. Какие участки ВАХ стабилитрона и стабистора называются рабочими?

2. Как изменяется напряжение стабилитрона при изменении протекающего через него тока?

3. Какие свойства стабилитрона оцениваются дифференциальным сопротивлением?

4. Почему стабилитрон и стабистор плохо работает при токах, меньших минимальных токов стабилизации?

5. Каковы основные параметры стабилитрона?