ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Цель: Научить собирать электрические цепи включения выпрямительных диодов и стабилитронов, измерять их характеристики и параметры и делать выводы из полученных результатов.

Оборудование: ПЭВМ, программный пакет «Electronics Workbench»,стенд «Полупроводниковые диоды».

1Краткие теоретические сведения

Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор, как правило, с одним электронно-дырочным переходом и двумя выводами. Полупроводниковые диоды подразделяются на группы по многим признакам. Бывают диоды из различных полупроводниковых материалов, предназначенные для низких или высоких частот, для выполнения различных функций и отличающиеся друг от друга по конструкции. Широко распространены низкочастотные выпрямительные диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока с частотой до единиц килогерц (иногда до 50 кГц). Эти диоды применяются в выпрямительных устройствах для питания различной аппаратуры. Иногда их называют силовыми диодами. Низкочастотные диоды являются плоскостными и изготовляются из германия или кремния. Они делятся на диоды малой, средней и большой мощности.

Нелинейные свойства диода видны при рассмотрении его вольтамперной характеристики (рисунок 1). Она показывает, что, например, для диодов малой мощности прямой ток в десятки миллиампер получается при прямом напряжении в десятые доли вольта. Поэтому прямое сопротивление бывает обычно не выше нескольких десятков Ом. Для более мощных диодов прямой ток составляет сотни миллиампер и больше, при том же малом прямом напряжении, а прямое сопротивление R_пр соответственно снижается до единиц и долей Ома.

Характеристику для обратного тока, малого по сравнению с прямым током, обычно показывают в другом масштабе, что и сделано на рисунке 1. Обратный ток при обратном напряжении до сотен вольт у диодов небольшой мощности составляет единицы или десятки микроампер. Вследствие различия в масштабах получился излом кривой в начале координат. При неизменном масштабе характеристика была бы плавной кривой, без излома.

Рисунок 1– ВАХ полупроводникового диода

Важным параметром диода является его сопротивление. Различают сопротивление диода постоянному и переменному току. Сопротивление диода постоянному току определяется отношением постоянного напряжения к постоянному току:

R₀= U₀ / I₀. (1)

Графически R₀ определяется котангенсом угла β(см. рисунок2).

Сопротивление диода переменному току, или дифференциальное сопротивление, определяется следующим образом:

R_i =lim_∆I→0 ∆U/ΔI =dU/dI, (2)

где ∆U, ΔI – небольшие приращения переменного напряжения и тока относительно координат рабочей точки (U₀ , I₀).

Рисунок 2 – Отрезок прямой ветви ВАХ диода

Графически R_i определяется котангенсом угла  наклона касательной в рабочей точке к оси абсцисс(см. рисунок2).

Из рисунка 2 видно, что углы α и β (а значит, R_i и R₀ ) для каждой рабочей точки не равны между собой и меняются при изменении ее положения на вольт-амперной характеристике. Сопротивление диода постоянному току меняется при любом перемещении рабочей точки, в том числе и в той области характеристики, где сопротивление переменному току неизменно.

Стабилитроны – это кремниевые полупроводниковые диоды, работающие в режиме электрического пробоя (участок БВ на рисунке 1), и, предназначенные для работы в стабилизаторах напряжения. На этом участке для кремниевых диодов обратные токи изменяются в широких пределах.

Стабилитроны используют обратное напряжение. На рисунке 3 показана вольтамперная характеристика стабилитрона, показывающая, что в режиме стабилизации напряжение U_ст меняется мало при изменении обратного тока в широких пределах. Характеристика для прямого тока стабилитрона такая же, как у обычных диодов.

Рисунок 3 – ВАХ стабилитрон

Напряжение стабилизации U_ст стабилитрона определяется точкой на вольтамперной характеристике, соответствующей середине рабочего участка ВАХ (середине интервала от I_min до I_max )

Мощность рассеивания стабилитрона Р_ст вычисляется из выражения

Р_ст = I_ст U_ст . (3)

Дифференциальное сопротивление стабилитрона вычисляется так же, как

для диода, по наклону ВАХ.