Лабораторная работа №6

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ ДИОДОВ

И СТАБИЛИТРОНОВ

Цель работы: Ознакомиться с основными параметрами выпрямительных диодов и стабилитронов и снять их вольт-амперные характеристики.

1.ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Полупроводниковый выпрямительный диод представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий два внешних вывода, называемых анодным А и катодным К и предназначенный для выпрямления переменного тока промышленной частоты. Способность к выпрямлению обусловлена изменением сопротивления диода при изменении полярности напряжения, прикладываемого к диоду. При прямом напряжении (плюс к анодному выводу, минус к катодному) сопротивление диода близко к нулю (рис.1, а). При приложении обратного напряжения (к анодному выводу минус, к катодному плюс), диод обладает сопротивлением близким к бесконечности (рис.1, б).

Основным конструктивным элементом диода является кристалл примесного полупроводника с созданным в нем электронно-дырочным переходом (рис 2, а), на этом же рисунке показано условное обозначение выпрямительного диода.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового выпрямительного диода, представляющая собой зависимость тока протекающего через диод от напряжения приложенного в диоду (рис. 2, б) имеет две ветви: прямую, расположенную в первом квадранте и соответствующую проводящему состоянию диода и обратную, расположенную в третьем квадранте и соответствующую непроводящему состоянию.

Прямая ветвь характеризуется допустимым средним значением прямого тока , который лимитируется допустимым нагревом электронно-дырочного перехода, и максимальным прямым падением напряжения , соответствующим допустимому среднему значению прямого тока.

Обратная ветвь характеризуется допустимым обратным напряжением , которое выбирается меньше пробивного напряжения с необходимым запасом, и максимальным обратным током , соответствующим допустимому обратному напряжению и определенным при температуре С.

Иногда оказывается удобным характеризовать свойства диода при прямом и обратном включении значением сопротивления по постоянному току, которое определяется как отношение напряжения к току в данной точке ВАХ (точка 1 на рис. 2, б).

Промышленностью выпускаются германиевые и кремниевые диоды. Преимущества кремниевых диодов: малые обратные токи, возможность использования при более высоких температурах и больших обратных напряжениях, большие допустимые плотности прямого тока (60-80 против 20-40 у германиевых). Преимущества германиевых диодов: малое падение напряжения при пропускании прямого тока (0,3-0,6В против 0,8-1,2В у кремниевых).

Для сохранения работоспособности германиевого диода его температура не должна превышать . Кремниевые диоды могут работать при температуре до .

Стабилитрон представляет собой кремниевый диод, предназначенный для стабилизации напряжения. Нормальным режимом работы стабилитрона является работа при обратном напряжении, соответствующем обратимому пробою p-n-перехода (участок 1,2 ВАХ, приведенный на рис. 3, б).

Условное обозначение стабилитрона на схеме показано на рис.3, а. Одним из основных параметров стабилитрона является напряжение стабилизации - это падение напряжения на стабилитроне на рабочем участке (участок 1,2 ВАХ, приведенной на рис. 3, б).

Другим важным параметром стабилитрона является его минимальный ток стабилизации - это наименьший ток при котором наблюдается эффект стабилизации (точка 1). Участок обратной ветви ВАХ, заключенный между и , является рабочим участком стабилитрона. Значение минимального тока ограничено нелинейным участком характеристики стабилитрона, значение максимального тока стабилизации - допустимой температурой полупроводника. Напряжение стабилизации современных стабилитронов лежит в пределах 1 – 1000 В, мА, мА.

На рис. 3, в изображена схема простейшего параметрического стабилизатора напряжения, в которой стабилитрон включают параллельно нагрузочному резистору . Последовательно со стабилитроном для создания требуемого режима работы включают балластный резистор .

2. Программа работы

2.1. Экспериментальная часть

2.1.1. Для снятия прямой ветви ВАХ германиевого диода собрать схему (рис. 4).

Перед включением установить рукоятку в крайнее левое положение. Подать на схему напряжение и с помощью рукоятки увеличивая напряжение источника ЭДС замерять прямой ток диода и напряжение на диоде . Результаты измерений занести в табл. 1. Для измерения напряжения используется многопредельный цифровой прибор Щ4313 (предел измерения 2 В). Измерение тока осуществляется путем измерения падения напряжения (предел измерения 200 mB) на калиброванных сопротивлениях (шунтах) величиной 1 Ом. Таким образом, величина тока в ветви с численно равна падению напряжения на сопротивлении , так как , поэтому .Следовательно, на пределе измерения 200 mB показание прибора будет равно величине тока в миллиамперах (мА).

Таблица 1

,мА	0
,B

2.1.2. Для снятия прямой ветви ВАХ кремниевого диода собрать схему (рис. 5).

Перед включением установить рукоятку в крайнее левое положение. Подать на схему напряжение и с помощью рукоятки увеличивая напряжение источника ЭДС замерять прямой ток диода и напряжение на диоде . Результаты измерений занести в табл. 2

Таблица 2

,мА	0
,B

2.1.3. Для снятия обратной ветви ВАХ германиевого диода собрать схему (рис. 6). Перед включением установить рукоятку в крайнее левое положение. Подать на схему напряжение и с помощью рукоятки увеличивая напряжение источника ЭДС замерять обратный ток диода и напряжение на диоде . Результаты измерений занести в табл. 3. Для измерения напряжения используется многопредельный цифровой прибор Щ4313 (предел измерения 200 В). Измерение тока осуществляется путем измерения падения напряжения (предел измерения 200 mB) на калиброванном сопротивлении (шунт) величиной 1 КОм. Таким образом, величина тока в ветви с численно равна падению напряжения на сопротивлении , так как , поэтому .Следовательно, на пределе измерения 200 mB показание прибора будет равно величине тока в микроамперах (мкА).

Таблица 3

,мкА	0
,B

2.1.4. Для снятия обратной ветви ВАХ кремниевого диода собрать схему (рис. 7).

Перед включением установить рукоятку в крайнее левое положение. Подать на схему напряжение и с помощью рукоятки увеличивая напряжение источника ЭДС замерять обратный ток диода и напряжение на диоде . Результаты измерений занести в табл. 4. Для измерения напряжения используется многопредельный цифровой прибор Щ4313 (предел измерения 200 В). Измерение тока осуществляется путем измерения падения напряжения (предел измерения 200 mB) на калиброванном сопротивлении (шунт) величиной 1 КОм. Таким образом, величина тока в ветви с численно равна падению напряжения на сопротивлении , так как , поэтому .Следовательно, на пределе измерения 200 mB показание прибора будет равно величине тока в микроамперах (мкА).

Таблица 4

,мкА	0
,B

2.1.5. Для снятия обратной ветви ВАХ кремниевого стабилитрона собрать схему (рис. 8).

Перед включением установить рукоятку в крайнее левое положение. Подать на схему напряжение и с помощью рукоятки увеличивая напряжение источника ЭДС замерять обратный ток стабилитрона и напряжение на стабилитроне . Результаты измерений занести в табл. 5.

Таблица 5

,мА	0
,B

Для измерения напряжения используется многопредельный цифровой прибор Щ4313 (предел измерения 20 В). Измерение тока осуществляется путем измерения падения напряжения (предел измерения 200 mB) на калиброванных сопротивлениях (шунтах) величиной 1 Ом. Таким образом, величина тока в ветви с численно равна падению напряжения на сопротивлении , так как , поэтому .Следовательно, на пределе измерения 200 mB показание прибора будет равно величине тока в миллиамперах (мА).