Обработка результатов измерений

1. Проверить выполнение первого закона Кирхгофа.

2. Для внешнего контура цепи составить уравнение по второму закону Кирхгофа и проверить его выполнение.

Лабораторная работа № 9 изучение параметрического стабилизатора напряжения

Цель работы:

- изучение характеристик полупроводникового стабилитрона;

- знакомство с основными характеристиками параметрического стабилизатора напряжения.

Краткие теоретические сведения

Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжения при изменениях питающего напряжения или сопротивления нагрузки, а также широко применяются для формирования опорных напряжений и ограничения импульсных и переменных напряжений. Типовая схема включения стабилитрона представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема цепи

Цепь состоит из полупроводникового стабилитрона VD, подключенного к источнику постоянного напряжения E и двух резисторов R_Б и R_Н. Сопротивление R_Б предназначено для ограничения тока стабилитрона и компенсации избыточного напряжения источника. Уравнение по второму закону Кирхгофа для контура I имеет вид:

. (1)

Как следует из этого уравнения, напряжение на стабилитроне U_СТ, равное напряжению нагрузки, есть разность ЭДС и напряжения на сопротивлении R_Б.

Для полупроводниковых стабилитронов рабочим является участок b-a-c, расположенный на обратной ветви ВАХ (см. рис. 3). На этом участке стабилитрон находится в состоянии электрического пробоя.

Состояние цепи определяется положением точки a, которая расположена на пересечении внешней характеристики источника (линия e-a-d) и ВАХ стабилитрона.

Рис. 3. Обратная ветвь ВАХ стабилитрона

При изменении ЭДС Е напряжение на стабилитроне U_СТ на участке b-a-c практически остается постоянным (ΔU_СТ << ΔE), при этом ток стабилитрона, изменяясь на ΔI_СТ, вызывает соответствующее падение напряжения ΔI_СТ∙R_Б ≈│ΔE│на балластном резисторе R_Б, обеспечивая тем самым стабилизацию напряжения нагрузки. Это свойство стабилизатора оценивается коэффициентом стабилизации К_СТ, равным отношению относительного изменения напряжения на входе δU_ВХ к относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора δU_ВЫХ :

где

(2)

В зависимости от схемы стабилизатора, его назначения и других факторов коэффициент К_СТ может принимать значения в диапазоне от 10–15 до нескольких тысяч.

Стабилитрон является нелинейным элементом, имеющим диапазоны допустимых значений токов и напряжений, которые задаются с помощью следующих основных параметров:

- номинальное напряжение стабилизации U_СТ.НОМ – напряжение на стабилитроне при номинальном токе стабилизации;

- минимальный ток стабилизации I_СТ.MIN – наименьшее значение тока стабилизации, при котором режим пробоя устойчив;

- максимально допустимый ток стабилизации I_СТ.MAX – наибольший ток стабилизации, при котором нагрев стабилитрона не выходит за допустимые пределы;

- дифференциальное сопротивление r_Д – отношение приращения напряжения стабилитрона к соответствующему приращению тока : r_Д = ΔU_СТ/ΔI_СТ.

К параметрам стабилитронов также относят максимально допустимый прямой ток I_MAX, максимально допустимый импульсный ток I_ПР.И.MAX, максимально допустимую рассеиваемую мощность Р_МAX .