Стабилитрон

Задачи: получение характеристики и расчет параметров стабилитрона

КС139А.

Цель: ознакомление с работой стабилитрона.

1. Сведения о стабилитроне

Стабилитрон – диод с одним электронно-дырочным переходом на основе кремния (рис. 1), в котором явление обратимого электрического пробоя используется для стабилизации напряжения.

Электронно-дырочным переходом называется высокоомный слой по обе стороны металлургической границы, разделяющей электронный и дырочный полупроводники.

Явление обратимого пробоя представляет резкое увеличение обратного тока I_об вследствие появления свободных электронов. В тонком переходе они вырываются из атомов кремния сильным электрическим полем, в толстом – выбиваются из этих атомов быстро движущимися первичными электронами, ускоренными этим полем. Соответственно различают туннельный и лавинный пробой.

Характеристика – вольт-амперная (ВАХ), рис. 2.

Параметрами стабилитрона являются:

1. Напряжение стабилизации U_ст (рис. 2).

2. Минимальный и максимальный токи стабилизации I_{ст мин} и I_{ст макс}.

3. Дифференциальное сопротивление стабилитрона

. (1)

Стабилитрон, включенный последовательно с резистором, представляет простейший стабилизатор напряжения, называемый параметрическим. Его параметром является коэффициент стабилизации

, (2)

показывающий, во сколько раз относительное изменение входного напряжения U₁ больше относительного изменения выходного напряжения U₂.

2. Экспериментальная установка

Установка (рис. 3) состоит из стабилитрона и балластного резистора, образующих делитель напряжения выпрямителя, изменяемого в пределах от 0 до 15 В, двух вольтметров и милиамперметра до 15 мА, с шунтом до 45 мА.

Рис. 1. Устройство и обозначение стабилитрона.

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика стабилитрона.

Рис. 3. Схема экспериментальной установки.

4. Задание

1. Соберите схему (рис. 3).

2. Пронаблюдайте эффект стабилизации напряжения в обоих направлениях включения стабилитрона. При этом учтите, что прямое напряжение на открытом кремниевом диоде близко к 0.7 В независимо от тока.

3. Получите ВАХ стабилитрона в обоих направлениях. При этом измеряйте также напряжение U₁.

4. Постройте график ВАХ.

5. Определите параметры стабилитрона: R_д по формуле (1) и U_ст.

6. Рассчитайте коэффициент стабилизации по формуле (2).

5. Методические указания

Для измерения напряжения на стабилитроне используйте электронный вольтметр В7-26 с большим входным сопротивлением.

Чтобы не работать вслепую, график ВАХ стройте в процессе измерений, а не после их окончания. Дифференциальное сопротивление стабилитрона определите графическим дифференцированием ВАХ в выбранной рабочей точке на участке стабилизации.

Примечание. Допустимый ток через стабилитрон равен 50 мА.

Лабораторная работа 2 тиристор

Задачи: получение характеристики и расчет параметров тиристора КУ101.

Цель: ознакомление с работой тиристора.

1. Сведения о тиристоре

Тиристор – диод (или триод) с тремя электронно-дырочными переходами на основе кремния, в котором явление инжекции используется для переключения тока.

Инжекцией называется введение неравновесных (избыточных) носителей заряда под действием ускоряющего электрического поля.

Устройство тиристора показано на рис. 1. Крайние переходы 1 и 2 включены в прямом направлении, имеют сравнительно небольшое сопротивление, называются эмиттерными и предназначены для эмиссии (инжекции) дырок из прианодного слоя и электронов из прикатодного слоя в базы – слои между переходами. Средний переход 2 включается в обратном направлении, определяет большое сопротивление тиристора в закрытом состоянии и называется коллекторным.

Характеристика тиристора – вольт-амперная (рис. 2), является разрывной. При повышении напряжения на аноде сопротивление коллекторного перехода уменьшается вследствие инжекции. При этом скорость процесса открывания тиристора увеличивается по причине перераспределения напряжения в пользу эмиттерных переходов, что увеличивает ток инжекции. Поэтому открывание имеет скачкообразный характер (на рис. 2 показано пунктиром).

Рис. 1. Устройство и обозначение тиристора.

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика тиристора.

Однако эмиттерный переход на основе кремния открывается только при заметном напряжении (0.7 В). Роль управляющего электрода сводится к увеличению напряжения на этом переходе до 0.7 В и, следовательно, к увеличению уровня инжекции. Благодаря этому анодное напряжение включения U_Авкл уменьшается.

Параметры тиристора: напряжение и ток включения (открывания) тиристора (рис. 2), ток управляющего электрода, при котором происходит включение тиристора, напряжение на открытом тиристоре, допустимый анодный ток (равный 80 мА для КУ101), допустимое обратное напряжение на аноде.