Определение основных характеристик стабилитрона и исследование параметрического стабилизатора напряжения

Общие сведения

Стабилитрон представляет собой кремниевый диод, характеристика которого в открытом состоянии такая же, как у выпрямительного диода. Отличие стабилитрона заключается в относительно низком напряжении пробоя при обратном напряжении. Когда это напряжение превышено, ток обратного направления возрастает (пробой Зенера). В выпрямительных диодах такой режим является аварийным, а стабилитроны нормально работают при обратном токе, не превышающем максимально допустимого значения.

Наличие почти горизонтального участка на вольтамперной характеристике стабилитрона делает его пригодным для стабилизации постоянного напряжения на нагрузке. Для этого нагрузку включают параллельно стабилитрону. Чтобы избежать перегрузки, последовательно со стабилитроном включают балластный резистор. Величина его вычисляется следующим образом:

R_БАЛ = (U_РАБ - U_СТ) ¤ (I_СТ + I_НАГР),

гдеU_РАБ - приложенное рабочее напряжение,

U_СТ - напряжение стабилизации стабилитрона испытываемого типа,

I_СТ - допустимый ток стабилизации,

I_Н - ток в резисторе нагрузки R_Н, включенном параллельно стабилитрону.

Экспериментальная часть

Задание

Снять с помощью осциллографа вольтамперную характеристику и определить напряжение стабилизации U_СТ стабилитрона. Исследовать зависимость выходного напряжения и тока стабилитрона от входного напряжения в цепи параметрического стабилизатора напряжения.

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь согласно принципиальной схеме (рис. 2.2.1) или монтажной (рис. 2.2.2). Подайте на вход синусоидальное напряжение от генератора напряжения специальной формы частотой 0,5…1 кГц максимальной амплитуды.
• Включите и настройте осциллограф в режиме X-Y. Включите инвертирование вертикального входа.

Рис. 2.2.1

Рис. 2.2.2

• Перенесите изображение с экрана осциллографа на график (рис.2.2.3).
• Определите по осциллограмме напряжение стабилизации, напряжение на стабилитроне при прямом токе, дифференциальное сопротивление в середине диапазона стабилизации.
• Увеличьте частоту в 10 раз и посмотрите, как изменится вольтамперная характеристика. Объясните почему.

Рис.2.2.3

· Соберите цепь параметрического стабилизатора согласно принципиальной схеме (рис. 2.2.3) сначала не включая в неё сопротивление нагрузки.

· Включите генератор напряжений и, изменяя постоянное напряжение на входе стабилизатора от 0 до максимального значения 13…14 В, снимите зависимость выходного напряжения от входного на холостом ходу. Результаты записывайте в табл. 2.2.1.

Рис. 2.2.3

Таблица 2.2.1

· Установите максимальное напряжение на входе и, включая различные сопротивление нагрузки, согласно табл. 2.2.2, снимите зависимость выходного напряжения стабилизатора от тока нагрузки.

Таблица 19.2

· На рис. 2.2.4а и б постройте графики U_ВЫХ (U_ВХ) и U_ВЫХ (I_Н).

Рис. 2.2.4

· На графиках укажите минимально допустимое входное напряжение, максимально допустимый ток нагрузки и определите коэффициенты стабилизации по напряжению и по току, приняв U_{ВХ НОМ} = 8 В и I_Н.НОМ = 80 мА.

= ……………………………………

………………………………………

Контрольные вопросы

1. Как изменяется вольтамперная характеристика стабилитрона при увеличении частоты и почему?

2. Напряжение питания параметрического стабилизатора напряжения 10 В, напряжение стабилизации стабилитрона 5,6 В, ток стабилизации - от 3 до 160 мА, сопротивление нагрузки – 100 Ом. Определите величину балластного сопротивления, так, чтобы в нормальном режиме ток через стабилитрон был равен 80 мА.

Экспериментальное снятие вольтамперной характеристики светодиода

Общие сведения

В случаях, когда полупроводниковые диоды выполнены из таких материалов как арсенид галлия или фосфид галлия, часть подводимой к ним электрической энергии преобразуется не в тепло, как в других полупроводниках, а в световые потоки с намного более короткой длиной волны. Цвет излучения определяется выбором соответствующего материала и присадками. Цвет может быть инфракрасным, красным, желтым, оранжевым, зеленым или голубым.

Экспериментальная часть

Задание

Снять вольтамперную характеристику светодиода посредством осциллографа. Изучить влияние напряжения U_СД и тока I_СД светодиода на световую эмиссию.