Материал: Методические указания к лабораторным работам 1-4 по курсу «Электроника» для студентов направления 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы». Краснов Р.П., Володько А.В
6.По данным табл. 1.1 построить ΒΑΧ выпрямительного
диода.
7.По полученным данным, задавшись определенными значениями прямого и обратного напряжения на линейных участках ВАХ, рассчитать статические и динамические сопротивления выпрямительного диода в прямом и обратном включении. Показать преподавателю полученные результаты.
Содержание отчета:
1.Название, цель работы, состав используемого оборудования.
2.Схема для снятия ВАХ.
3.Результаты выполнения подготовительного задания.
4.Данные расчетов и измерений.
5.Краткие выводы по результатам работы.
Контрольные вопросы
1.Что такое полупроводник? Каким образом получают полупроводник p- и n-типа?
2.Каков принцип действия pn-перехода?
3.Приведите области применения полупроводниковых диодов.
4.Чем отличаются точечные и плоскостные диоды?
5.В чем отличие ΒΑΧ идеального и реального выпрямительного диода?
9
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 Исследование ВАХ стабилитрона
Цели работы:
1.Углубление и расширение теоретических знаний по физическим основам полупроводниковой электроники и работы стабилитронов.
2.Знакомство с работой стабилитронов.
3.Освоение методики снятия вольтамперных характеристик (ΒΑΧ).
4.Освоение графоаналитического метода расчета основных статических параметров.
Состав используемого оборудования:
1.Источник питания постоянного напряжения 0... 15 В.
2.Вольтметр постоянного напряжения.
3.Амперметр постоянного тока.
4.Макет «Полупроводники микросхемы» с исследуемыми стабилитронами типа Д818Е и КС156А.
5.Соединительные провода.
Подготовительное (домашнее) задание
1.Записать название, цель работы.
2.Изучить ΒΑΧ стабилитрона и основные статические характеристики.
Краткие теоретические сведения
Стабилитрон – это полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения. Действие полупроводниковых стабилитронов основано на электрическом (лавинном или туннельном) пробое pn-перехода, при котором происходит резкое увеличение обратного тока, а обратное напряжение изменяется очень мало. Это свойство использовано для стабилизации напряжения в электрических цепях.
Пробой pn-перехода связан с резким возрастанием тока. Величина стабилизируемого напряжения, при котором
10
наступает пробой Uст. зависит от типа pn-перехода и составляет от нескольких вольт до нескольких киловольт (рис.
2.1).
Различают следующие виды пробоя: электрический и тепловой, а электрический в свою очередь разделяют на туннельный и лавинный.
Лавинный пробой вызывается ударной ионизацией: неосновные носители, образующие обратный ток, ускоряются приложенным напряжением настолько, что при их соударении с атомами кристаллической решетки происходит ионизация атомов. В результате генерируется пара свободных носителей заряда: электрон и дырка. Вновь появившиеся носители заряда также ускоряются электрическим полем и в свою очередь могут вызвать ионизацию других атомов. Процесс приобретает лавинообразный характер. Это приводит к резкому увеличению обратного тока, который может быть ограничен только внешним сопротивлением.
Тепловой пробой возникает в результате разогрева pnперехода, когда количество теплоты, выделяемой при протекании тока, больше отводимой. При этом происходит интенсивная тепловая генерация свободных носителей заряда. Это приводит к увеличению тока, что в свою очередь приводит к дальнейшему повышению температуры, т.е. возникает обратная положительная связь. Происходит тепловой пробой (I > Icт max) и прибор выходит из строя.
К
+
А
–
Рис. 2.1. ВАХ стабилитрона
11
Исходным материалом для стабилитронов служит кремний. Для стабилитрона пробой является нормальным режимом работы. Пробивное напряжение диода является напряжением стабилизации, которая зависит от толщины pnперехода или от удельного сопротивления базы диода. Поэтому разные типы стабилитронов имеют различные напряжения стабилизации Uст (от единиц до сотен вольт).
Для стабилизации напряжения разной полярности выпускаются симметричные стабилитроны, имеющие симметричную ВАХ. Для получения симметричной ВАХ с двух сторон пластинки кремния одновременно формируют два pn-перехода. При подаче напряжения на крайние области структуры эти переходы оказываются включенными встречно.
Помимо стабилизации напряжения источников, стабилитроны нашли применение в качестве ограничителей, фиксаторов уровня, развязывающих элементов переключающих устройств.
Важным параметром при расчете цепей, содержащих стабилитроны, является его дифференциальное сопротивление, которое определяется аналогично выпрямительному диоду (при напряжении на стабилитроне равном напряжению стабилизации).
Лабораторное задание
1.Начертить исследуемую схему, руководствуясь рис. 2.2, указав полярность и пределы измерительных приборов.
2.Для первого вида стабилитрона, воспользовавшись его паспортными данными, рассчитать величину ограничительного резистора R2:
R2 |
U вх max U cm |
, |
|
||
|
Icm max |
|
где Uвх max – наибольшее входное напряжение схемы, Uст – номинальное напряжение стабилизации, Iст max – максимально допустимый обратный ток стабилитрона.
12
3. Собрать измерительную схему согласно рис. 2.2. Номинал ограничительного сопротивления R2 округлить до ближайшего значения из имеющихся на стенде. Получив допуск у преподавателя или лаборанта, подать питание на измерительную схему.
+ |
R1 |
|
|
|
A1 |
||
15B |
1K |
||
R2 |
|||
|
|||
|
|
||
– |
|
V1 |
|
|
|
||
|
|
VD1 |
|
|
Рис. 2.2. Схема для снятия ΒΑΧ стабилитрона |
||
4. Снять по точкам рабочую (обратную) ветвь ΒΑΧ стабилитрона. Результаты занести в табл. 2.1.
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.1 |
№ |
|
Д818Е |
|
КС156А |
||
|
U, В |
|
I, мА |
U, В |
|
I, мА |
|
|
|
|
|
|
|
5.Обесточить лабораторный стенд. Подключить второй стабилитрон. Провести необходимые расчеты и измерения аналогично первому.
6.По данным табл. 2.1 построить ΒΑΧ стабилитронов.
7.По полученным ΒΑΧ, задавшись определенной рабочей точкой, рассчитать основные параметры стабилитронов: номинальный ток стабилизации, напряжение стабилизации, дифференциальное сопротивление стабилитрона.
Содержание отчета:
1.Название, цель работы, исследуемые полупроводниковые приборы.
2.Схема для снятия ВАХ.
13