Краткие сведения для подготовки к лабораторной работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

 

Исследование стабилитрона и стабистора и параметрического

Стабилизатора напряжения

Цель работы: снятие и анализ вольт-амперных характеристик (ВАХ) кремниевых стабилитрона и стабистора; определение их параметров по характеристикам. Изучение характеристик параметрического стабилизатора напряжения. Определение коэффициента стабилизации стабилизатора.

 

Список литературы:

1. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: учебн. пособие. – изд-во Феникс, 2000. – 448 с.

 

Краткие сведения для подготовки к лабораторной работе.

Стабилитроны и стабисторы — это полу­проводниковые диоды, на которых напряжение сохра­няется с определенной точностью при изменении протека­ющего через них тока в заданном диапазоне. Эти свойства стабилитронов и стабисторов используются в стабилизаторах напряжения. Стабилитроном является диод, включенный в обратном направлении, а стабистором - диод, включенный в прямом направлении.

 

При подключениидиода к достаточно большому обратному напряжению происходит так называемый, электрический пробой, характеризуемый лавинообразным размножением неосновных носителей зарядов и резком возрастанием обратного тока. Пробой является обратимым процессом, т.е. при отключении внешнего источника питания свойство p-n перехода восстанавливаются.

Используя схемы представленные на рис.5.1., можно снять экспериментальные ВАХ стабилитрона и стабистора, а затем построить график представленный на рис.5.2. В этом случае, изменяя входное напряжение U_вх определяем ток I и напряжение U_вых на стабилитроне или стабисторе. Значения U_вых являются для стабилитрона U_обр и соответственно, ток I_обр на рис.5.2, а для стабистора U_пр и ток I_пр на рис. 5.2.

 

Рис. 5.1. Схемы для снятия экспериментальных характеристик

а) -стабилитрона и б) - стабистора.

 

Рис. 5.2. ВАХ стабилитрона и стабистора

 

Участки ВАХ ста­билитронов и стабисторов в режиме стабилизации, назы­вают рабочими (участки ав и вг на рис.5.2.). Рабочий участок стабилитрона расположен на обратной ветви ВАХ, т. е. прибор работает в режиме пробоя. Рабочий участок стабистора расположен на прямой ветви ВАХ.

Стабилизатором напряжения называется устройство, поддерживающее с требуемой точностью напряжение на нагрузке при изменении в заданных пределах напряжения источника питания или нагрузки.

Одним из видов стабилизаторов напряжения являются параметрические стабилизаторы, которые представляют собой последовательно соединенные линейное R_огр и нелинейное сопротивление стабилитрона или стабистора рис.5.3. Входное нестабилизированное напряжение подается на два сопротивления, выходное стабилизированное напряжение снимается с нелинейного сопротивления. Линейное сопротивление R_огр выполняет функцию ограничителя тока.

 

Рис.5.3. Схема параметрического стабилизатора.

 

 

 

Рис. 5.4. Вольт – амперные характеристики на элементах стабилизатора напряжения: 1- на сопротивлении , 2- на стабилитроне и 3- результирующая характеристика.

 

На рис.5.4. представлены вольтамперные характеристики (ВАХ) линейного сопротивления (кривая 1), стабилитрона (кривая 2) и результирующая вольтамперные характеристика (кривая 3), которые могут быть использованы для определения основных характеристик параметрического стабилизатора.

Вольтамперная характеристика стабилитрона имеет пологий участок . Точка на характеристике соответствует току стабилитрона , при котором наступает электрический пробой. Точка соответствует току : максимальному току стабилитрона, при котором не наступает тепловое разрушение перехода.

Используется участок характеристики . Параметром участка является дифференциальное сопротивление стабилитрона

 

(5.1)

 

где - изменение напряжения стабилитрона,

соответствующее изменение тока.

Из рис.5.2. видно, что при изменении входного напряжения выходное напряжение меняется в меньшей степени.

На рис.5.5. представлена схема простейшего параметрического стабилизатора напряжения.

 

Рис.5.5. Схема параметрического стабилизатора.

 

Нагрузка R_n подключена параллельно к стабилитрону. Поэтому в режиме стабилизации (в режиме электрического пробоя), когда напряжение на стабилитроне почти постоянно, такое же напряжение будет на нагрузке. Входное напряжение меняется в ту или иную сторону, напряжение на стабилитроне будет оставаться почти постоянным. Стабилизация осуществляется только при условии .

Показателем качества стабилизации напряжения является коэффициент стабилизации. Коэффициент стабилизации – это отношение относительного изменения напряжения на входе к соответствующему изменению напряжения на выходе стабилизатора

 

(5.2)

 

где и – постоянные напряжения на входе и выходе стабилизатора, – изменение входного напряжения, – изменение выходного напряжения стабилизатора, соответствующее изменению входного напряжения.

 

Изменение выходного напряжения связано с изменением входного напряжения формулой:

, (5.3)

где – дифференциальное сопротивление стабилитрона и

<< R_огр, поэтому

. (5.4)

 

Подставив формулу (5.4) в формулу (5.2), получим выражение для коэффициента стабилизации параметрического стабилизатора

. (5.5)

 

На рис.5.6. изображена схема исследуемого параметрического стабилизатора напряжения (зона 4) универсального переносного стенда. На этом стенде входное напряжение обозначено как напряжение U₁ схемы, выходное напряжение равно напряжению схемы.

 

Рис. 5.6. Схема исследуемого параметрического стабилизатора напряжения

 

Экспериментальная часть

Приборы и оборудование.

1. Универсальный переносной стенд.
2. Лабораторный стенд для исследования диодов.
3. Цифровые вольтметр и амперметр.

 

Порядок выполнения работы:

1. Зарисуйте исследуемые электрические схемы (см. рис.5.1., а, б).

2. Вычертите табл. 5.1. и табл. 5.2. для снятия прямой и обратной ветвей ВАХ стабилитрона.

Таблица 5.1.

Обратный ток Iобр, мА	0,1	0,5
Обратное напряжение Uобр, В

 

Таблица 5.2.

Обратный ток Iобр, мА	0,1	0,5
Прямое напряжение Uобр, В

 

3. Соберите схему, показанную на рис.5.1,а. Для этого возьмите лабораторный стенд, предназначенный для изучения диодов, и включите его. Установите

переключатель S₁ в положение I_обр. В гнезда Х₃, Х₄ включите миллиамперметр. В гнезда Х₅, Х₆ – вольтметр с пределом измерений – 50 В. Включите тумблер S₆, тумблеры S₁, S₂, S₃, S₄, S₅ выключите. Результаты измерений запишите в табл.5.1.

4. Соберите схему, показанную на рис.5.1,б. Для этого установите переключатель S₁ в положение I_пр. В гнезда Х₁, Х₂ включите миллиамперметр. В гнезда Х₅, Х₆ – вольтметр с пределом измерений – 1 В. Результаты измерений занесите в табл.5. 2.

5. Постройте обратную ВАХ стаби­литрона в координатных осях и прямую ВАХ стабистора в координатных осях.

6. Рассчитайте дифференциальные сопротивления стабилитрона и стабистора по формуле (5.1) на пологих участках их характеристик.

7. Включите универсальный переносной стенд. Миллиамперметр подключите к гнездам I зоны стенда. С помощью потенциометра РЕГ U изменяйте входное и выходное напряжение и ток. Измерьте напряжение и ток. Результаты измерений запишите в табл.5.3.

Таблица 5.3.

 

8. Постройте графики зависимостей (кривая 1) и (кривая 2). Выделите на к ривой 2 пологую часть (участок стабилизации). Вычислите дифференциальное сопротивление на участке стабилизации по формуле:

;

где - измерения входного напряжения на пологой части кривой 2;

- соответствующие измерения тока.

9. Вычислите величину линейного сопротивления стабилизатора по формуле:

;

где и - максимальные входное и выходное напряжения из таблицы 5.3., соответствующие току I_max

10. Вычислите по формуле (5.5) коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения, соответствующей напряжению из таблицы 5.3.

 

Контрольные вопросы

1. Какие участки ВАХ стабилитрона и стабистора называют 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 работают при токах, меньших минимальных токов стабилизации?

5. Каковы основные параметры стабилитрона?

6. Из каких элементов состоит параметрический стабилизатор напряжений?

7. Что такое дифференциальное сопротивление нелинейного элемента и как оно определяется?

8. Каким образом осуществляется стабилизация напряжения источника питания?

9. При каких условиях осуществляется стабилизация напряжения источника питания?

10.Каким образом осуществляется определение сопротивления линейного элемента стабилизатора?

11.Как определяется коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора?

12.Каковы особенности характеристики стабилитрона?

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: