2. Стабилитроны (диоды Зенера)

2.1. Характеристики стабилитрона

Общие сведения. Стабилитрон представляет собой кремниевый диод, характеристика которого в открытом состоянии такая же, как у выпрямительного диода. Отличие стабилитрона - в относительно низком напряжении пробоя при обратном напряжении. Когда это напряжение превышено, ток обратного направления возрастает скачком (эффект Зенера). В выпрямительных диодах такой режим является аварийным, а стабилитроны нормально работают при обратном токе, не превышающем максимально допустимого значения.

Чтобы избежать перегрузки, последовательно со стабилитроном включают балластный резистор. Величина его вычисляется следующим образом:

где U_раб - приложенное рабочее напряжение,

U_ст - напряжение стабилизации стабилитрона испытываемого типа,

I_ст - допустимый ток стабилизации,

I_н - ток в резисторе нагрузки R_н, включенном параллельно стабилитрону.

Свойства стабилитронов делают их пригодными для стабилизации и ограничения напряжений.

Экспериментальная часть.

Задание. Снять с помощью осциллографа вольтамперную характеристику и определить напряжение U_ст стабилитрона. Работа может быть выполнена как с помощью электронного, так и виртуального осциллографа.

Порядок выполнения эксперимента.

1. Соберите цепь согласно схеме (рис. 2.1.1) и подайте на вход синусоидальное напряжение 24 В частотой 50 Гц. На схеме A и V – входы коннектора.

2. Включите и настройте виртуальный осциллограф в режиме X-Y (A – горизонтальный вход, V – вертикальный вход).

Рис. 2.1.1. Схема подключения стабилитрона

3. Перенесите изображение с экрана осциллографа на график

Вопрос 1: Какова величина напряжения стабилизации U_ст?

Вопрос 2: Каков максимальный обратный ток стабилитрона I_ст ?

Вопрос 3: Какова величина прямого напряжения стабилитрона U_пр?

Вопрос 4: Каков максимальный прямой ток стабилитрона?

2.2. Исследование параметрического стабилизатора напряжения

Общие сведения. Наличие почти горизонтального участка на вольтамперной характеристике стабилитрона делает его пригодным для стабилизации постоянного напряжения на нагрузке. Для этого нагрузку включают параллельно стабилитрону и подсоединяют к источнику через балластный резистор.

Экспериментальная часть.

Задание 1. Исследовать зависимость выходного напряжения и тока стабилитрона от входного напряжения в цепи параметрического стабилизатора напряжения.

Порядок выполнения эксперимента

1. Соберите цепь согласно схеме (рис. 2.2.1). Устанавливая последовательно величины входного напряжения постоянного тока по табл. 2.2.1, измерьте соответствующие выходные напряжения и токи стабилитрона посредством мультиметров. Результаты занесите в таблицу.

Рис. 2.2.1. Схема подключения параметрического стабилитрона

Таблица 2.2.1 – Экспериментальные данные

Uвх, В	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Uвых, В
Iст, мA

Постройте на графике (рис. 2.2.2) кривую зависимости выходного напряжения U_вых от входного U_вх

Рис. 2.2.2 Осциллограммы входного U_вх и выходного U_вых напряжений

Задание 2. Исследовать влияние тока нагрузки I_н на величину тока стабилитрона.

Порядок выполнения эксперимента

1. Соберите цепь согласно схеме (рис. 2.2.3), и устанавливая последовательно сопротивления нагрузки 10; 4,7; 2,2; 1; 0,68; 0,47 кОм, измерьте посредством мультиметра соответствующие значения токов I_ст и I_ни занесите их в табл. 2.2.2.

Рис. 2.2.3 Схема исследования влияние тока нагрузки I_н на величину тока стабилитрона

Таблица 2.2.2 - Экспериментальные данные

Rн, кОм	10	4,7	2,2	1,0	0,68	0,47
Iн, мА
Iст, мА

2. Постройте на графике (рис. 2.2.4) зависимости тока I_ст от тока нагрузки I_н.

Рис. 2.2.4 кривую зависимости тока I_ст от тока нагрузки I_н