Экспериментальная часть

Экспериментальная часть лабораторной работы предусматривает определение ВАХ и основных параметров диодов. Исследуется два разных типа выпрямительных диодов.

В работе используется специальный лабораторный стенд, который содержит измерительные приборы и реостат (рис. 4).

При экспериментальном определении основных характеристик диодов необходимо следить, чтобы величины токов и напряжений не превышали предельных значений измерительных приборов.

1. Собрать схему, используя лабораторный стенд (рис. 4) для определения ВАХ диода. На вход схемы подается постоянное напряжение от внешнего постоянного источника питания. К клеммам 1 и 2 подключается исследуемый диод.

Рис.4. Схема для определения параметров диода:

V - вольтметр с пределами измерения 50В; mА - миллиамперметр с пределом измерения 500 мА; R_р – реостат.

2. Определить зависимость между током и напряжением при прямом и обратном включении диода. Измерения для каждого включения проводить не менее 10 раз. Результаты измерений занести в таблицу 1.

Таблица 1.

Uпр, В
Iпр, mА
Uобр, В
Iобр, mА

3. Построить вольтамперную характеристику диода.

4. Определить дифференциальное сопротивление диода при прямом и обратном включении.

5. Определить контактную разность потенциалов.

Контрольные вопросы

1. Объяснить физические процессы в р-п -переходе.

2. Дать понятие инжекции и экстракции носителей заряда.

3. Привести ВАХ диода.

4. Назвать основные параметры диода.

5. При каком пробое р-п – перехода он выходит из строя?

6. Как влияет температура на ВАХ диода?

Лабораторная работа №3 полупроводниковый стабилитрон

Цель работы: изучение устройства, принципа работы и основных параметров полупроводникового стабилитрона. Снятие вольтамперной характеристики стабилитрона. Рассмотрение схемы параметрического стабилизатора.

Теоретическая часть

Полупроводниковым стабилитроном называют электропреобразовательный прибор с одним р-п- переходом и двумя выводами из областей кристалла с различными типами проводимости, на обратной ветви вольтамперной характеристики которого имеется участок со слабой зависимостью напряжения от проходящего тока. Это вызвано тем, что при превышении обратного напряжения происходит лавинный пробой р-п- перехода. При пробое наблюдается резкое возрастание обратного тока при почти неизменном уровне обратного напряжения, что позволяет использовать стабилитроны для стабилизации постоянного напряжения.

Нормальным включением стабилитронов в цепь источника постоянного напряжения является обратное. Если обратный ток через стабилитрон не превышает некоторого значения, то состояние электрического пробоя не приводит к его выходу из строя и может воспроизводиться в течение длительного времени.

Структура стабилитрона аналогична структуре выпрямительного диода, образование р-п - перехода возникает вследствие тех же процессов. Вольтамперная характеристика стабилитрона приведена на рис. 1.

Рис. 1. Вольтамперная характеристика полупроводникового стабилитрона.

Стабилитроны характеризуются следующими основными параметрами:

1. Напряжением стабилизации U_ст - напряжением на стабилитроне при прохождении заданного тока стабилизации I_ст.ном (рис.1).

2. Минимальным I_ст.min и максимальным I_ст.max значениями постоянных токов на участие стабилизации, при которых обеспечивается заданная надежность. Превышение тока I_ст.max приводит к тепловому пробою р-п - перехода и его разрушению. Напряжение стабилизации современных стабилитронов лежит в пределах 1-100 В, а значения минимального и максимального токов I_ст.min = 1-10 mA, I_ст.max = 50-2000 mА.

3. Дифференциальным сопротивлением стабилитрона в рабочей точке на участке стабилизации r_ст = dU_ст/dI_ст определяющим степень изменения напряжения стабилизации при изменении тока через стабилитрон. Обычно r_ст = 0,5-200 Ом.

4. Температурным коэффициентом стабилизации напряжения на участке стабилизации  = (dU_ст/dI_ст *dT)100%.

Стабилитроны подразделяются на низковольтные (U_ст < 5,4 В) и высоковольтные (U_ст  5,4 В).

На рис. 2 приведена схема простейшего стабилизатора параметрического типа на одном стабилитроне. Если входное напряжение U_вх стабилизатора увеличивается, то это приводит к увеличению тока через стабилитрон и балластное сопротивление R_б (R_н = const).

+

Рис. 2. Схема параметрического стабилизатора.

Избыток входного напряжения выделяется на R_б, а напряжение U_вых на сопротивлении R_н равное U_ст (нагрузка включается параллельно стабилитрону) остается неизменным. При изменении сопротивления R_н и неизменном входном напряжении ток, проходящий через сопротивление R_б остается постоянным, но меняется распределение токов между стабилитроном и нагрузкой, а напряжение U_вых по-прежнему сохраняется неизменным.