Исследование вольт -амперной характеристики стабилитрона

Приборы и оборудование

Компьютер, с необходимым программным обеспечением (имитатор генератора импульсных сигналов)
Программа для моделирования

Теоретическое обоснование

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. Исходным материалом для стабилитрона служит кремний.

Рис. 1. Вольт-амперная характеристика стабилитрона

На рис. 1. показан примерный вид вольт-амперной характеристики (ВАХ) стабилитрона. Основным параметром стабилитрона является напряжение стабилизации Uст – значение напряжения на стабилитроне при прохождении заданного тока Iст. В зависимости от толщины p-n перехода напряжение стабилизации может быть от 2 до 400 В. Рабочий участок ВАХ ограничен предельно допустимыми значениями тока Iст.min и Iст.max, которые приводятся в справочных данных.

О качестве стабилитрона, т.е. о его способности стабилизировать напряжение при изменениях проходящего тока, можно судить по значению дифференциального сопротивления стабилитрона rст, которое определяется отношением приращения напряжения к вызвавшему его приращению тока. Качество стабилитрона тем выше, чем меньше его дифференциальное сопротивление.

При проектировании источников электропитания для радиоэлектронной аппаратуры предъявляются высокие требования к стабильности напряжения питания. Простейшими стабилизаторами напряжения являются схемы, использующие нелинейные элементы, ВАХ которых содержит участок, где напряжение почти не зависит от тока. Именно такую характеристику имеет стабилитрон при обратном напряжении в области пробоя.

В данной работе исследуется параметрический стабилизатор, основанный на использовании полупроводникового стабилитрона (рис. 2).

Рис. 2. Параметрический стабилизатор напряжения

В этой схеме стабильность выходного напряжения определяется в основном параметрами стабилитрона VD1.

Входное напряжение Uвх должно быть больше напряжения пробоя стабилитрона Uст. Для ограничения тока через стабилитрон устанавливается балластный резистор Rб, на котором падает разность напряжений Uвх – Uст. Часть входного напряжения теряется на этом резисторе, а оставшаяся часть приложена к нагрузке. Функцию нагрузки в схеме выполняет сопротивление Rн, величину которого можно задавать при проведении исследования. Колебания входного напряжения Uвх или тока нагрузки Iн приводят к изменению тока через стабилитрон Iст.

Наибольший ток через стабилитрон протекает при максимальном входном напряжении и минимальном токе нагрузки:

Наименьший ток через стабилитрон протекает при минимальном входном напряжении и максимальном токе нагрузки:

Полный диапазон изменения тока стабилитрона составляет

– = (Uвх.макс – Uвх.мин)/Rб + Iн.макс – Iн.мин.

При выполнении условий:

; ,

где и – предельно допустимые токи стабилитрона, напряжение на нагрузке Uвых = Uст стабильно.

Ход работы

Исследование вольт -амперной характеристики стабилитрона

Собрать на рабочем столе программы Electronics Workbench схему рис. 3 для построения прямой и обратной ветвей ВАХ полупроводникового стабилитрона, модель которого задана в таблице вариантов.

Рис. 3. Схема измерений ВАХ стабилитрона

Таблица

Варианты заданий к схеме стабилизатора напряжения

Вариант	Стабилитрон	Iст.max, мА	Uвх.ном,В	Uвых, В	Iн.ном,мА
	1N4730A			3,9
	1N4731A			4,3
	1N4732A			4,7
	1N4733A			5,1
	1N4734A			5,6
	1N4735A			6,2
	1N4736A			6,8
	1N4737A			7,5
	1N4738A			8,2
	1N4739A			9,1
	1N4740A
	1N4741A
	1N4742A
	1N4743A
	1N4744A

Примечание: стабилитроны выбраны из библиотеки motor_1n программы Electronics Workbench.

С помощью ключа, управляемого клавише Space (Пробел), к стабилитрону можно подключать либо источник прямого тока, либо источник обратного тока. Изменяя значения прямого тока Iпр в пределах от 1 мА до 100 мА (10…12 точек), произвести измерения прямого напряжения Uпр. Задавая значения обратного тока в пределах от 0,5 мА до величины Iст.max (10…12 точек), произвести измерения обратного напряжения Uобр. Построить графики прямой Iпр = f(Uпр) и обратной Iобр = f(Uобр) ветвей характеристики стабилитрона в одних и тех же координатах: напряжение (по горизонтали) – ток (по вертикали). Для наглядности графика ВАХ целесообразно использовать разные масштабы по оси напряжения для прямой и обратной ветвей.

Статьи к прочтению:

Напряжение борт сети после доработки генератора в 100 амперный

Похожие статьи: