МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физический факультет

Кафедра общей физики

Крылов Андрей Александрович

ОТЧЕТ

о лабораторной работе

«Исследование вольт-амперной характеристики стабилитрона»

Измерительный практикум, 1 курс, группа 0341

Преподаватель измерительного практикума

______________ О. А. Брагин

«___»_________ 2010 г.

Преподаватель компьютерного

практикума

______________ :Н. А. Витюгова

«___»_________ 2010 г.

Новосибирск, 2010 г.

Аннотация. Объектом исследования является полупроводниковый стабилитрон. Исследуется вольт-амперная характеристика стабилитрона при его прямом включении. Удалось проанализировать показания приборов и сравнить их с теоретическими значениями. Сделан анализ погрешностей.

Введение

Данная лабораторная работа выполнена с целью проверки на практике основных свойств стабилитрона.

Соответственно основной задачей является исследование стабилитрона, и в частности, проверка формулы:

(1)

1. Описание эксперимента

Принцип работы полупроводникового стабилитрона мало отличается от простого диода. Известно, что диод при подаче на него напряжения в обратном направлении практически не пропускает ток. Но если это напряжение чрезмерно увеличить, то произойдет пробой: ток через диод резко увеличится за счет лавинно возрастающих в нем процессов. Если для обычных диодов пробивное напряжение составляет десятки и сотни вольт, то для стабилитронов, в которых используется этот эффект, напряжение пробоя, используя специальную технологию, делают небольшим.

С помощью осциллографа, включённого в схему, получена XY-зависимость напряжения в области пробоя, от напряжения в области прямой проводимости. Далее, изображение полученное на осциллографе обрабатывается компьютером и преобразовывается в цифровой вид. Также необходимо получить осциллограммы обоих сигналов в режиме XT

Готовые изображения имеют вид:

Рисунок 1. Осциллограмма

Далее, используя закон Ома, получена вольт-амперная характеристика стабилитрона, используя которую можно вычислить неизвестные коэффициенты, а именно, m – поправочный коэффициент отклонения от теории диода Шокли; – обратный ток; также вычисляется термический потенциал –

1. Методика измерений

С помощью установки, собранной по схеме получаем характеристику стабилитрона на двух участках: в области пробоя и в области прямой проводимости. Диапазон напряжения выбран таким образом, чтобы полученные графики имели как можно большее разрешение.

2. Описание установки

Установка собранна, согласно данной схеме.

G – генератор сигналов специальной формы. (В данной работе генерирует переменный ток треугольной формы, частотой 160,4 Гц)

V_D – полупроводниковый стабилитрон, объект исследования.

R – постоянный резистор (R = 150 Ом)

O – осциллограф (Tektronix)

Полярностям проводников соответствуют ±X ±Y.

Рисунок 2. Схема сети

3. Результаты измерений

Данные получены с помощью осциллографа при температуре 295К

Ось Х – напряжение (В);

Ось Y – сила тока (mA);

Таблица 1.

V (B)	0	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4	4,5	5	5,5	6	6,5	7	7,5
I (mA)	0	0	0	0	0	0	0	0	0,2	0,5	1	1,5	3,2	6,5	13	25

Рисунок 3.Вольт-амперная характеристика

2. Анализ результатов измерений

   1. Обработка результатов

Дифференцируя функцию (1), получаем:

(2)

где – дифференциальное сопротивление стабилитрона в прямом включение.

Далее находим термический потенциал:

(k – постоянная Больцмана; T – температура; e₀ – заряд электрона).

= 0,025

Следующим шагом находим коэффициенты m и , решая систему из двух уравнений:

(3)

(вместо I₁;I₂;U₁;U₂; подставляем экспериментально полученные значения из таблицы приведённой выше)

В результате получаем:

m = 28,815726 I_S = 8,014496

Соответственно функция дифференциального сопротивления стабилитрона принимает вид:

Что позволяет нам построить график дифференциального сопротивления стабилитрона:

Рисунок 4. Дифференциальное сопротивление

2. Оценка погрешностей

Небольшая погрешность в результатах возникает, из-за неточности измерительных приборов (осциллограф, термометр, тестер). Погрешность численно равна 6,25%.

3. Обсуждение полученных результатов

Для проверки достоверности полученных результатов, достаточно сравнить вольтамперную характеристику, полученную опытным путём, и построенную на основе теоретических данных:

Рисунок 5. Экспериментальная зависимость

Рисунок 6. Теоретическая зависимость

Очевидно, что экспериментальные данные (красный) и теоретические (синий) совпадают.

4. Выводы и заключение

В результате выполненной работы цель была достигнута. Основные свойства стабилитрона проверены, и найдено дифференциальное сопротивление.

Список литературы

1. Золкин А. С. Что надо знать при написании курсовой работы (Методические рекомендации для студентов)//Сиб. физ. журн. 1995. № 4. С. 65 – 71.

2. Князев Б. А., Черкасский В. С. Начала обработки экспериментальных данных. Новосибирск: НГУ, 1993. 35 с.

3. Кунце Х.-И. Методы физических измерений. М.: Мир, 1989. 213 с.

4. Методы физических измерений (лабораторный практикум по физике)/Под ред. Р. И. Солоухина. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1975. 292 с

5. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. М.: Мир, 1983. Т.1.

6. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. М.: Мир, 1983.

Оглавление

Введение 2

1 Описание эксперимента 2

1.1 Методика измерений 2

1.2 Описание установки 2

1.3 Результаты измерений 3

2 Анализ результатов измерений 3

2.1 Обработка результатов 3

2.2 Оценка погрешностей 4

3 Обсуждение полученных результатов 4

4 Выводы и заключение 5

Список литературы 5

Оглавление 5

6