Воронов Лабораторный практикум по курсу Електротехн 2012

Включите схему. Начертите полученную осциллограмму.

1. Напишите отчет по форме, указанной в методических рекомендациях (см. с. 9).

Контрольные вопросы

1.Сравните напряжения на диоде при прямом и обратном смещении по порядку величин. Почему они различны?

2.Чему равны сопротивления идеального диода в прямом и обратном направлениях?

3.Сравните токи через диод при прямом и обратном смещении по порядку величин. Почему они различны?

4.Чем ограничивается наибольший прямой ток через диод?

5.Назовите электроды диода.

Литература

1.Кардашев Г.А. Цифровая электроника на персональном компьютере. М.: Горячая линия – Телеком, 2003.

2.Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. М.: Солон-Р,

1999.

3.Панфилов Д.И., Иванов В.С., Чепурин И.Н. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на ЕlectRonIcs WoRkbench: В 2 т./ Под общей ред. Д.И. Панфилова. Т.2: Электроника.

М.: ДОДЭКА, 2000.

4.Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники: Учеб. пособие для студ. неэлектротехн. спец. средних спец. учеб. заведений. М.: Высшая школа, 1998.

5.Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1978.

6.Кардашев Г.А. Виртуальная электроника. М.: Горячая линия – Телеком, 2007.

91

Лабораторная работа 9

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ СТАБИЛИТРОНА

Цель работы: исследование характеристик работы полупроводникового стабилитрона.

Теоретическая часть

Стабилитроны – это полупроводниковые диоды, работающие в режиме лавинного пробоя. При обратном смещении полупроводникового диода возникает электрический лавинный пробой p-n- перехода. При этом в широком диапазоне изменения тока через диод напряжение на нем меняется очень незначительно. Для ограничения тока через стабилитрон последовательно с ним включают сопротивление. Если в режиме пробоя мощность, расходуемая в нем, не превышает предельно допустимую, то в таком режиме стабилитрон может работать неограниченно долго. На рис. 9.1, а показано схематическое изображение стабилитронов, а на рис. 9.1, б приведены их ВАХ.

Рис. 9.1

92

Напряжение стабилизации стабилитронов зависит от температуры. На рис. 9.1, б штриховой линией показано перемещение ВАХ при увеличении температуры. Очевидно, что повышение температуры увеличивает напряжение лавинного пробоя при Uст > 5 В и уменьшает его при Uст < 5 В. Иначе говоря, стабилитроны с напряжением стабилизации больше 5 В имеют положительный температурный коэффициент напряжения (ТКН), а при Uст < 5 В – отрицательный. При Uст = 6...5 В ТКН близок к нулю.

Иногда для стабилизации напряжения используют прямое падение напряжение на диоде. Такие приборы в отличие от стабилитронов называют стабисторами. В области прямого смещения p-n- перехода напряжение на нем имеет значение 0,7...2 В и мало зависит от тока. В связи с этим стабисторы позволяют стабилизировать только малые напряжения (не более 2 В). Для ограничения тока через стабистор последовательно с ним также включают сопротивление. В отличие от стабилитронов при увеличении температуры напряжение на стабисторе уменьшается, так как прямое напряжение на Диоде имеет отрицательный ТКН. Схема включения стабилитрона приведена на рис. 9.2, а, а стабистора – на рис. 9.2, б.

Рис. 9.2

Приведенный выше характер температурной зависимости напряжения стабилитронов обусловлен различным видом пробоя в них. В широких переходах при напряженности поля в них до 5 104 В/см имеет место лавинный пробой. Такой пробой при напряжении на переходе >6 В имеет положительный температурный коэффициент.

В узких переходах при большой напряженности электрического поля (более 1,4 106 В/см) наблюдается пробой, который называется зенеровским. Такой пробой имеет место при низком напряжении на переходе (менее 5 В) и характеризуется отрицательным темпе-

93

Основными параметрами стабилитронов являются:

•напряжение стабилизации Uст;

•температурный коэффициент напряжения стабилизации ТКНст;

•допустимый ток через стабилитрон;

•дифференциальное сопротивление стабилитрона RUст . Кроме того, для импульсных стабилитронов нормируется время

включения стабилитрона tвкл, а для двухсторонних стабилитронов нормируется несимметричность напряжений стабилизации.

Дифференциальное сопротивление стабилитрона – это па-

раметр, который характеризует наклон ВАХ в области пробоя. На рис. 9.4, а приведена линеаризованная характеристика стабилитрона, с помощью которой можно определить его дифференциальное сопротивление и построить схему замещения, приведенную на рис. 9.4, б.

Рис. 9.4

94

Используя приведенную на рис. 9.4, б схему замещения, можно рассчитать простейший стабилизатор напряжения, изображенный на рис. 9.5, а. Заменяя стабилитрон его схемой замещения, получим расчетную схему, изображенную на рис. 9.5, б.

Рис. 9.5

Условное обозначение стабилитрона включает: материал полупроводника (К – кремний); обозначение подкласса стабилитронов (букву С); цифру, указывающую на мощность стабилитрона; две цифры, соответствующие напряжению стабилизации, и букву, указывающую особенность конструкции или корпуса. Например, стабилитрон КС 168А соответствует маломощному стабилитрону (ток менее 0,3 А) с напряжением стабилизации 6,8 В, в металлическом корпусе.

Кроме стабилизации напряжения, стабилитроны также используются для ограничения импульсов напряжения и в схемах защиты различных элементов от повышения напряжения на них.

Задание

Экспериментально исследовать зависимости тока стабилитрона от напряжения.

Приборы и оборудование

1.Системный блок.

2.Монитор.

3.Принтер.

4.Программа Multisim 8 Electronics Workbench.

95

Порядок выполнения работы

1.Приступая к выполнению данной лабораторной работы, необходимо запустить программу ELECTRONICS WORKBENCH. После запуска она будет выглядеть, как показано на рис. 9.6.

2.Для работы необходимо загрузить схему исследования. <Стабилитрон.ms8> и нажать кнопку « Открыть». Появится схема, показанная на рис. 9.7.

3.Для схемы включения стабилитрона, обеспечивающей получение прямой ветви ВАХ, необходимо изменить включение стабилитрона.

4.Чтобы схема начала функционировать, необходимо нажать

кнопку .

5. Изменяя напряжение источника питания переменным резистором +(ShIft+A); –(A) (или изменяя значение напряжения питания), снять зависимость тока стабилитрона (Iст) от напряжения стабилитрона (Uст) (прямая ветвь). Данные занести в табл. 9.1.

Таблица 9.1

6.Изменить полярность напряжения питания схемы или включить стабилитрон в обратном направлении. Снять зависи-

мость тока стабилитрона (Iст) от напряжения стабилитрона (Uст) (обратная ветвь). Данные занести в табл. 9.2.

7.По данным измерения построить графики прямой и обратной ветви ВАХ стабилитрона.

8.Написать отчет о работе по требуемой форме (см. с. 9).

96

Таблица 9.2

Контрольные вопросы

1.Дать определение стабилитрона.

2.Схема простейшего стабилитрона.

3.От чего зависит напряжение стабилизации стабилитрона?

Литература

1.Кардашев Г.А. Цифровая электроника на персональном компьютере. М.: Горячая линия – Телеком, 2003.

2.Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. М.: Солон-Р,

1999.

3.Панфилов Д.И., Иванов В.С., Чепурин И.Н. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на ЕlectRonIcs WoRkbench: В 2 т./ Под общей ред. Д.И. Панфилова. Т.2: Электроника.

М.: ДОДЭКА, 2000.

4.Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники: Учеб. пособие для студ. неэлектротехн. спец. средних спец. учеб. заведений. М.: Высшая школа, 1998.

5.Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1978.

6.Кардашев Г.А. Виртуальная электроника. М.: Горячая линия – Телеком, 2007.

99

Лабораторная работа 10

ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРОВ

Цель работы: исследование характеристик тиристора.

Теоретическая часть

Тиристор – это полупроводниковый прибор с тремя и более p-n-переходами, имеющий на ВАХ участок с отрицательным сопротивлением. Тиристоры используются в основном в схемах переключения.

Существуют двухэлектродные тиристоры – динисторы; трехэлектродные тиристоры – тринисторы, в которых возможно управление напряжением включения тиристора. Разработаны тиристоры, имеющие одинаковые ВАХ при различной полярности приложенного напряжения. Это симметричные тиристоры – симисторы. Включение тиристора как это следует из вышесказанного, можно проводить: а) путем медленного увеличения анодного напряжения; б) путем подачи напряжения на управляющий электрод. Возможно также включение тиристора путем быстрого увеличения анодного напряжения. При этом через прибор будут протекать значительные емкостные токи, приводящие к уменьшению напряжения включения с ростом скорости изменения напряжения dU/dt.

Тиристор – полупроводниковый переключатель – изготавли-

вается из кремния и имеет три p-n-перехода (рис. 10.1, а). Напряжение питания Ea подается на тиристор так, что переходы П1 и П3 открыты, а переход П2 закрыт. Ток Ia, проходящий через тиристор, при этом будет определяться высоким сопротивлением закрытого перехода. На рис. 10.1, б приведены вольтамперные характеристики тиристора для положительных значений напряжений. С увеличением напряжения Ua ток тиристора возрастает незначительно. Но при достижении напряжения Uвкл (см. рис. 10.1, б) наступает электрический пробой в переходе П2. При этом происходит лавинообразное увеличение числа носителей зарядов за счет лавинного умножения носителей в переходе П2 движущимися дырками и элек-

100