Вольт -амперная характеристика стабилитрона

Лабораторно-практическая работа № 2

по предмету «Основы промышленной электроники»

Тема: «Расчёт параметров кремниевого стабилитрона»

Цель:

- научиться применять знания, полученные при изучении дисциплины;

- приобрести навыки сборки лабораторных схем для изучения режимов работы стабилитронов

с последующим расчетом, анализом и экспериментальным определением параметров электронных элементов;

- изучение принципов работы, определение основных характеристик стабилитронов.

- воспитать у студентов целеустремленность при изучении учебного материала в течение

всего учебного года.

Оборудование: методические и справочные материалы, индивидуальное задание.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Лабораторно-практическая работа предназначена для усвоения (закрепления) материала

теоретических занятий, развития практических умений.

Выполнение практической работы включает этапы: изучение исходных данных; выполнение работы;

оформление материалов; защита работы.

1.1. Сбор данных выполняется в следующем порядке: изучается инструкция по выполнению работы;

уясняется цель работы и последовательность действий; уточняются у преподавателя непонятные моменты; выполняются действия согласно пунктам раздела «Порядок выполнения…».

Оформление отчета.

Отчет оформляется индивидуально каждым учащимся в отдельных тетрадях. Отчет по каждой работе

должен включать следующие материалы согласно пунктам раздела «Порядок выполнения…».

Защита работы.

Для защиты выполненной работы учащийся должен: представлять цель и порядок выполнения

работы; изучить теоретический материал по теме; ответить на вопросы к защите и дополнительные

вопросы по данной теме; сдать для проверки выполненные материалы работы.

Защищенная лабораторно-практическая работа подписывается преподавателем с указанием числа

защиты работы.

Выполненные в полном объеме лабораторно-практические работы являются допуском к зачету

(экзамену). Учащиеся, не защитившие всех лабораторно-практических работ, к зачету не

допускаются.

 

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Расчет параметров кремниевого стабилитрона

 

Общие сведения

 

 

При равномерном распределении тока лавинного пробоя по площади р–n-пере хода

полупроводниковый прибор способен пропустить значительный обратный ток без его

повреждения. Это явление используется в диодах малой мощности, получивших название

кремниевых стабилитронов или опорных диодов. Стабилитрон имеет схемное обозначение (рис.

2.1).

При изготовлении стабилитронов наиболее широко используются сплавной и диффузионный

методы получения р–n-перехода. Исходным материалом при изготовлении стабилитронов служит

пластинка кремния n-типа. В нее вплавляется алюминий, являющийся акцепторной примесью для

кремния. Кристалл с р–n-переходом помещается обычно в герметизированный металлический

корпус.

Нормальным режимом работы стабилитронов является работа при обратном напряжении,

соответствующем обратному электрическому пробою р–n-перехода. Лавинный механизм

электрического пробоя р–n-перехода наблюдается как у кремниевых, так и у германиевых диодов.

Однако выделение тепла, сопровождающее эти процессы, приводит для германия к

дополнительной тепловой генерации носителей заряда, искажающей картину лавинного пробоя.

В этой связи в качестве исходного материала для полупроводниковых стабилитронов

используется кремний, обладающий более высокой температурной стабильностью.

 

Вольт -амперная характеристика стабилитрона

 

Важнейшей характеристикой стабилитрона является его вольт-амперная характеристика (рис. 2.2).

 

В прямом включении вольт-амперная характеристика стабилитрона практически не отличается от прямой ветви любого кремниевого диода.

Обратная ветвь характеристики имеет вид прямой вертикальной линии, проходящей почти параллельно оси токов. Благодаря этому при изменении в широких пределах обратного тока падение напряжения на приборе практически не изменяется. Это свойство кремниевых стабилитронов позволяет использовать их в качестве стабилизаторов.

Поскольку электрический пробой стабилитрона наступает при сравнительно низком обратном напряжении, то мощность, выделяющаяся в р–n-переходе даже при значительных обратных токах, будет небольшой, что предохраняет р–n-переход от необратимого теплового пробоя. Превышение предельно допустимого обратного тока стабилитрона приводит, как и в обычных диодах,

к выходу прибора из строя.

 

Основные параметры стабилитрона Основные параметры кремниевых стабилитронов. Напряжение стабилизации – значение напряжения на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации . Этим значениям соответствует рабочая точка на обратной ветви ВАХ. Минимальный ток стабилизации – ток, при котором возникает устойчивый лавинный пробой и обеспечивается заданная надежность работы. Этому значению тока соответствует точка на рис. 2.2.

Максимально допустимый ток стабилизации – ток, при котором достигается максимально допустимая мощность рассеивания . Это значение тока показано буквой на рис. 2.2.

Дифференциальное сопротивление – отношение приращения напряжения на стабилитроне к приращению тока в режиме стабилизации

 

. (2.1)

 

. (2.2)

 

Величина характеризует степень постоянства напряжения стабилизации при изменении тока пробоя и определяется из построений, приведенных на рис. 2.3.

Максимальная мощность рассеивания – наибольшая мощность, выделяющаяся в р–n-переходе, при которой не возникает тепловой пробой перехода.

Температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН) – отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды, %/°С,

 

Величина показывает на сколько процентов изменится напряжение стабилизации при изменении температуры на 1 °С.

Важнейшие параметры стабилитрона соответствуют рабочей точке вольт-амперной характеристики стабилитрона (рис. 2.2). Обычно точка располагается на середине рабочего участка обратной ветви вольт-амперной характеристики стабилитрона.

В качестве примера в табл. 2.1 приведены основные параметры стабилитрона Д814Д, используемого в цепях стабилизации блоков управления электровозов.

 

Таблица 2.1