Лабораторная работа №2 Полупроводниковый стабилитрон. Параметрический стабилизатор напряжения.

Цель лабораторной работы:

Изучить устройство, принципы действия и основные характеристики полупроводникового стабилитрона, а также рассмотреть его использование в параметрическом стабилизаторе напряжения.

Задачи лабораторной работы:

- Построение и исследование вольт-амперной характеристики (ВАХ) полупроводникового стабилитрона;

- Изучение принципа действия и расчёт параметрического стабилизатора напряжения на основе стабилитрона. Экспериментальная проверка расчётных соотношений.

Теоретические сведения

Теоретические сведения по устройству, принципу действия и основным характеристикам полупроводникового стабилитрона и параметрического стабилизатора напряжения приведены в лекции 3 изучаемого курса.

Задание для выполнения лабораторной работы

Провести исследование свойств полупроводниковых стабилитронов, выполнив серию экспериментов для построения ВАХ стабилитронов. Сравнить характеристики стабилитронов, полученные экспериментальным путем, с характеристиками этих же стабилитронов, приведёнными в справочной литературе. Сделать выводы.

Произвести расчёты параметров элементов параметрического стабилизатора напряжения. Выполнить серию экспериментов для проверки справедливости расчётных соотношений и результатов расчёта. Сделать выводы.

Методические указания для выполнения лабораторной работы

Для создания и анализа схемы в программном пакете NI Multisim необходимо использовать следующие элементы:

Наименование элемента или прибора	Расположение элемента или прибора
резистор	Basic → Resistor
источник постоянной ЭДС (напряжения)	Sources → Power_Sources → DC_Power
измерительные элементы: амперметры, вольтметры	Sources → Indicators
стабилитрон	Diodes → ZENER (Стабилитрон)
общий провод (земля )	Sources → Power_Sources → Ground

Компоненты схемы можно обычно найти в списке компонентов Multisim. Открыть этот список можно несколькими способами: Меню Place (Разместить) -> Component… (Ctrl+W), либо выбрав на панели управления соответствующую группу компонентов (например, Place Diode – значок диода, и т.д.). Не забудьте заземлить схему! Элемент, обозначающий землю, находится в списке компонентов Sources -> POWER_SOURCES -> GROUND (Земля). Буквы V и H в названии измерительных приборов говорят о положении входов – вертикальное и горизонтальное соответственно.

При выполнении работы необходимо следовать изложенному ниже порядку выполнения лабораторной работы.

Порядок выполнения лабораторной работы

Часть 1. Исследование вах полупроводникового стабилитрона

1.1 Используя программный продукт NI Multisim собрать схему для снятия ВАХ полупроводникового стабилитрона, изображенную на рис. 1. Марку стабилитрона выбрать из таблицы 1 в соответствии с номером варианта (соответствует номеру подгруппы). Сопротивление резистора R1 рассчитать по формуле:

,

где (В) – напряжение стабилизации стабилитрона (из таблицы 1), (А) – максимальный ток через стабилитрон (из таблицы 1).

Инициировав процесс работы схемы при напряжении источника ЭДС (В), убедиться в её работоспособности по появлению показаний приборов (амперметра U1 и вольтметра U2). В случае отсутствия показаний приборов необходимо проверить правильность сборки схемы, а именно наличие всех соединений и подключение символа – общий провод (земля ).

рис. 1.

Таблица 1

Вариант	Марка стабилитрона	Напряжение стабилизации , В	максимальный ток через стабилитрон , А
1	1N4747A	20	0,045
2	1N4465	10	0,143
3	MZPY30	30	0,033
4	1N5069	13	0,230
5	SML4742	12	0,021
6	1N985B	100	0,0037

1.2 Пошагово изменить величину напряжения источника ЭДС от 0 (В) до (В), выполнив 5 примерно равных шагов. На каждом шаге произвести измерение тока через стабилитрон и напряжения на стабилитроне D1. Полученные на каждом шаге значения тока через стабилитрон и напряжения на стабилитроне D1 (по показаниям амперметра U2 и вольтметра U1) занести в таблицу 2. Возможны нулевые показания амперметра. В таблице 2 в строке – ЭДС приведены ориентировочные значения.

Таблица 2

ЭДС, (В)	0	2.0	4.0	6.0	…
, (мА)
, (В)

1.3 Пошагово изменить величину напряжения источника ЭДС от (В) до , выполнив 3 примерно равных шага. Далее пошагово изменить величину напряжения источника ЭДС от (В) до (В), выполнив 5 примерно равных шагов. На каждом шаге произвести измерение тока через стабилитрон и напряжения на стабилитроне D1. Полученные на каждом шаге значения тока через стабилитрон и напряжения на стабилитроне D1 (по показаниям амперметра U2 и вольтметра U1) занести в таблицу 2.

1.4 Используя полученные экспериментальные данные (таблица 2) построить обратную ветвь ВАХ стабилитрона, т.е. графическую зависимость обратного тока через стабилитрон D1 от обратного напряжения на нём, расположив ветвь ВАХ в третьем квадранте. Амперметр U2 и вольтметр U1 на схеме (рис. 1) включены так, что их показания имеют положительные значения. Поэтому для построения ВАХ в третьем квадранте следует значения напряжений и токов из таблицы 2 взять со знаком минус.

1.5 Используя выражение определить динамические сопротивления и . Для чего следует воспользоваться данными из таблицы 2, причем при определении следует рассчитать и выбрав соседние значения токов и напряжений непосредственно после пробоя p-n-перехода стабилитрона (в области малых токов стабилитрона). При определении следует выбрав соседние значения токов и напряжений в области максимальных токов стабилитрона.

1.6 Сравнить характеристики, полученные экспериментальным и расчётным путями, со справочными характеристиками и теоретическим материалом. Сделать выводы.