МИНОБРНАУКИ России
«Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет «ЛЭТИ»
им. В.И. Ульянова (Ленина)»
кафедра МНЭ
Отчет
по лабораторной работе №10
«ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТАБИЛИТРОНОВ»
__________
__________
Выполнили: __________
__________
__________
Преподаватель: __________ Калмыков Н. С.
Санкт-Петербург
2026
Цель работы: Исследование ВАХ и основных параметров полупроводниковых стабилитронов.
Теоретические положения:
Полупроводниковый стабилитрон – это полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя при обратном смещении слабо зависит от тока в заданном его диапазоне и который предназначен для стабилизации напряжения.
В зависимости от физических явлений, приводящих к электрическому пробою, различают лавинный и туннельный пробои. Лавинный пробой обусловлен лавинным размножением носителей заряда под действием электрического поля. Вновь возникающие электронно-дырочные пары тоже ускоряются полем, поэтому ударная ионизация сопровождается размножением носителей заряда, что приводит к увеличению тока. Туннельный пробой связан с туннельным эффектом. Туннельный эффект приводит к росту тока.
Напряжение стабилизации Uст – это значение напряжения на стабилитроне при прохождении заданного тока. Низковольтные стабилитроны (Uст < 6 В) изготавливают на основе сильнолегированного кремния. В них наблюдается туннельный пробой. Высоковольтные стабилитроны (Uст > 6 В) делают из 15 слаболегированного кремния.
Температурный коэффициент напряжения стабилизации ст – это величина, определяемая отношением относительного изменения напряжения стабилизации к изменению температуры окружающей среды при неизменном токе стабилитрона или стабистора:
Дифференциальное сопротивление стабилитрона rст – это отношение приращения напряжения стабилизации к вызвавшему его малому приращению тока в режиме стабилизации:
Обработка результатов
Исследована вольт амперная характеристика стабилитрона №5:
Таблица 1 – Снятая зависимость тока от напряжения
U, В |
0 |
1.005 |
2.077 |
3.001 |
4.034 |
5.043 |
6.001 |
6.043 |
I, мА |
0.002 |
0.002 |
0.002 |
0.005 |
0.055 |
0.645 |
7.026 |
9.502 |
Таблица 2 – Снятая зависимость напряжения от тока
U, В |
1.008 |
2.005 |
3.068 |
4.063 |
4.992 |
6.022 |
7.038 |
8.064 |
9.034 |
9.623 |
I, мА |
5.195 |
5.468 |
5.622 |
5.735 |
5.807 |
5.841 |
5.909 |
5.965 |
6.084 |
5.973 |
Построим снятые зависимости на одном графике:
Рисунок 1 – ВАХ стабилитрона №5
Оба зависимости снимались на одном стабилитроне, поэтому их ветви практически идентичны.
Рассмотрены температурные зависимости всех предоставленных стабилитронов:
Таблица 3 – Снятые температурные зависимости
|
Номер стабилитрона |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
8 |
|
I1, мА |
8.062 |
8.076 |
8.082 |
8.004 |
8.046 |
8.423 |
7.926 |
U1, В |
3.372 |
3.478 |
4.983 |
5.678 |
6.066 |
6.837 |
8.856 |
I2, мА |
4.036 |
4.006 |
4.065 |
4.064 |
4.034 |
4.023 |
4.113 |
U2, В |
3.094 |
3.246 |
4.756 |
5.430 |
5.879 |
6.743 |
8.632 |
U3, В |
3.383 |
3.429 |
4.933 |
5.703 |
5.965 |
6.825 |
8.773 |
Для исследования температурных характеристик, стабилитроны нагревались до температуры 384 К.
Расчёт температурных коэффициентов напряжения и дифференциальных сопротивлений стабилитронов:
Пример расчёта:
Опустим остальные расчёты и занесём результаты в таблицу:
Таблица 4 – Температурные характеристики стабилитронов
|
Номер стабилитрона |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
8 |
|
αст, мкК-1 |
65 |
-284 |
-202 |
88 |
-336 |
-35 |
-188 |
rст, мОм |
69 |
57 |
56 |
63 |
47 |
21 |
59 |
По полученным значениям характеристик построим зависимости для всех стабилитронов:
Рисунок 2 – Зависимость коэффициентов напряжения от напряжения стабилизации для 7 стабилитронов
Рисунок 3 – Зависимость дифференциальных сопротивлений от от напряжения стабилизации для 7 стабилитронов
Исследование параметрического стабилизатора напряжения:
Для этого эксперимента использовался тот же стабилитрон №5:
Таблица 5 – Стабилизационные характеристики
Uвх, В |
5.031 |
6.050 |
7.025 |
8.034 |
9.073 |
10.037 |
11.349 |
11.348 |
Uст, В |
4.800 |
5.289 |
5.579 |
5.799 |
5.888 |
5.990 |
6.109 |
6.127 |
Рисунок 4 – Зависимость выходного напряжения параметрического стабилизатора напряжения от входного напряжения
Вывод
В ходе лабораторной работы были исследованы полупроводниковые стабилизаторы напряжения.
Экспериментально получена вольт амперная характеристика стабилитрона №5. Установлено, что при достижении определённого обратного напряжения наступает область электрического пробоя, в которой ток резко возрастает, а напряжение практически постоянно. Это подтверждает способность стабилитрона поддерживать практически постоянное напряжение в режиме стабилизации.
Исследование температурных характеристик показало, что напряжение стабилизации зависит от температуры окружающей среды, причём для различных стабилитронов температурный коэффициент может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Также были определены дифференциальные сопротивления исследуемых образцов, характеризующие качество стабилизации напряжения.
При исследовании параметрического стабилизатора напряжения установлено, что при изменении входного напряжения, напряжения стабилизации изменяется незначительно.