Исследование полупроводникового стабилитрона

Цель работы: закрепить теоретические знания о диодах и стабилитронах; научиться рассчитывать и измерять токи, напряжения и сопротивления диодов и стабилитронов; экспериментально получить вольтамперные характеристики диода и стабилитрона; исследовать стабилизирующие свойства стабилитрона.

Используемое оборудование и средства: персональный компьютер, программа Electronics Workbench.

Методические указания: работа выполняется студентами за 2 часа аудиторных занятий.

Краткие теоретические сведения

При больших обратных смещениях, приложенных к p-n-переходу, резко возрастает обратный ток. Это происходит потому, что при достаточно сильном электрическом поле, когда неосновные носители ускоряются настолько, что ионизируют атомы полупроводника, возникает электрический пробой. Однако диод сохраняет работоспособность, поскольку выделяемая на p-n-переходе мощность поддерживается на допустимом уровне. Диоды, работающие в таком режиме, называются с т а б и л и т р о н а м и.Вольтамперная характеристика стабилитрона приведена на рис. 1. Рабочей является левая ветвь вольтамперной характеристики.

Рис. 1. Вольтамперная характеристика стабилитрона

При подключении стабилитрона к источнику питания (Е) через резистор (R) в цепи протекает ток (I_ст):

                               ,                                              (1)

где U_ст – напряжение на стабилитроне.

Напряжение стабилизации (U_стаб) стабилитрона определяется точкой на вольтамперной характеристике, в которой ток стабилитрона резко увеличивается.

Мощность рассеивания стабилитрона (Р_ст) вычисляется как произведение тока стабилитрона (I_ст) на напряжение стабилитрона (U_ст)

                                                                                             (2)

Статическое и динамическое сопротивления (R_ст  и R_д) стабилитрона определяются на основании вольтамперных характеристик и вычисляются по формулам:

                                                                                                  (3)

                             ,                                                           (4)

где U – напряжение на стабилитроне;

   I – ток через стабилитрон;

dU и dI – приращения напряжения и тока.

Задание на подготовку к работе

1. Изучить физические процессы, происходящие в p-n-переходе.

2. Изучить сущность проводимых в данной лабораторной работе исследований и нарисовать необходимые схемы и таблицы.

Контрольные вопросы

1. Почему в p-n-переходе образуется потенциальный барьер?
2. Чем обусловлен диффузионный ток?
3. Чем обусловлен дрейфовый ток?
4. Чем отличается стабилитрон от диода?

Порядок выполнения работы

1. Снятие вольтамперной характеристики стабилитрона:

Соберите и включите схему, изображенную на рис. 2.

Рис. 2 Схема исследования ВАХ стабилитрона

Измерьте значение напряжения на стабилитроне (U_ст) при значениях ЭДС источника питания (Е), приведенных в таблице 1, и занесите результаты измерений в ту же таблицу.

Таблица 1

Используя формулу (1), вычислите ток стабилитрона (I_ст) для каждого значения напряжения U_ст и результаты запишите в таблицу 1.

По данным таблицы 1 постройте вольтамперную характеристику стабилитрона.

Определите по вольтамперной характеристике напряжение стабилизации.

Используя формулу (2), вычислите мощность (Р_ст), рассеиваемую на стабилитроне при напряжении Е = 20 В.

Используя формулу (4), определите дифференциальное сопротивление стабилитрона.