Практическая №2. Идентификация и определение параметров полупроводниковых приборов: выпрямителей и стабилитронов

Практическая работа 2

Учебное время: 2 часа

Формируемые умения: У1

Формируемые ОК: ОК 2, ОК 3, ОК 5

Тема занятия:  Идентификация и определение параметров полупроводниковых приборов:  выпрямителей и стабилитронов

1.     Цель работы

Сформировать умения идентифицировать  и определять параметры полупроводниковых приборов: выпрямителей и стабилитронов

2.     Материально-техническое и информационное обеспечение:

раздаточный материал: Методические указания к проведению практических занятий.

технические средства (оборудование): персональные компьютеры с выходом в Internet 

3.     Порядок выполнения работы

№ п/п	Задание	Норма времени	Кол-во баллов
1.	Инструктаж по технике безопасности	2 мин	1
2.	Ознакомиться с теоретической справкой	5 мин	2
3.	Выполнить задание	80 мин	54
4.	Оформить отчет	2 мин	3
5.	Сдать отчет	1 мин	1

4.  Теоретическая справка

Выпрямитель - это устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное.

Основные элементы выпрямителя - трансформатор и диоды, с помощью которых обеспечивается одностороннее протекание тока в цепи нагрузки, в результате чего переменное напряжение преобразуется в пульсирующее. С помощью трансформатора в выпрямителях производится преобразование величины напряжения, электрическое разделение отдельных цепей, преобразование числа фаз.

Основные величины, характеризующими эксплуатационные свойства выпрямителей:

· средние значения выпрямленного напряжения U_d (U_ср) и тока I_d (I_ср);

· коэффициент полезного действия h;

· коэффициент мощности c;

· внешняя характеристика - зависимость напряжения в нагрузке от тока нагрузки U_d = f(I_d);

· коэффициент пульсаций К_п - отношение амплитуды пульсаций выходного напряжения к среднему значению выпрямленного напряжения (постоянной составляющей).

Стабилитрон – это полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя слабо зависит от тока и который используется для стабилизации напряжения.

 Полупроводниковый стабилитрон работает на участке электрического пробоя p-n-перехода. Для предотвращения теплового пробоя конструкция стабилитрона обеспечивает эффективный отвод тепла от p-n-перехода. Чаще всего материалом для стабилитронов служит кремний. В области пробоя напряжение на стабилитроне U_ст. лишь незначительно изменяется при больших изменениях тока I_ст. Такую характеристику стабилитрона применяют для получения стабильного напряжения (это можно увидеть из вольтамперной характеристики).

Стабилитроны допускают последовательное включение, параллельное соединение недопустимо. Стабилитроны применяют в автоматических потенциометрах, предназначенных для измерения напряжений и токов.

Для стабилизации низковольтных напряжений используется прямая ветвь ВАХ. Такие приборы, называемые стабилизаторами, имеют напряжение стабилизации в диапазоне 0.3 – 1 В.

Классификация и система обозначения стабилитронов

Как и для полупроводниковых диодов, система обозначения стабилитронов определяется стандартом ОСТ 11336.919-81 (шестизначный буквенно-цифровой код).

На первом месте буквой К или цифрой 2 обозначается материал (Si), из которого изготовлен стабилитрон.

На втором месте буквой С обозначен подкласс – стабилитроны.

На третьем месте цифрой обозначен тип стабилитрона:

1 - мощность не более 0,3 Вт, напряжение до 10 В;

2 - мощность не более 0,3 Вт, напряжение от 10 до 100 В;

3 - мощность не более 0,3 Вт, напряжение выше 100 В;

4 - прецизионные, мощность от 0,3 до 5 Вт, напряжение до 10 В;

5 - мощность от 0,3 до 5 Вт, напряжение от 10 до 100 В;

6 - мощность от 0,3 до 5 Вт, напряжение выше 100 В.

Для цифр 1 и 4 напряжение стабилизации указывается в вольтах с десятичным знаком,
т.е 33 – это U_ст.ном = 3,3 В.

Для цифр 2 и 5 напряжение стабилизации указывается в целых значениях вольт,
т.е 33 – это U_ст.ном = 33 В.

Для цифр 3 и 6 напряжение стабилизации указывается в вольтах после 100, то есть к цифрам, указанным в обозначении, необходимо прибавить 100 В.

Например, КС133А – стабилитрон маломощный, напряжение стабилизации 3,3 В; КС620А – стабилитрон средней мощности, U_ст.ном = 120 В.

Классификационная литера показывает отличие по электрическим параметрам, например по ТКСН.

Дополнительный элемент указывает на конструктивные отличия (тип корпуса, сборка – два стабилитрона в одном корпусе катодами друг к другу и т.д.).

Основные параметры стабилитронов

- номинальное напряжение стабилизации, соответствующее номинальному току стабилизации;

Напряжение стабилизации (U_ст) – падение напряжения на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации. Определяется точкой на вольтамперной характеристике, в которой ток стабилитрона резко увеличивается.

Стабилизирующее напряжение современных стабилитронов лежит в пределах 1 – 1000 В и зависит от толщины запирающего слоя p-n-перехода. Участок стабилизации на характеристике стабилитрона расположен в области от I_ст. min до I _ст. max;

I _ст. min = 1 – 10 мА, I_ст. max = 50 – 2000 мА.

Величина минимального тока I_ст. min ограниченна нелинейным участком характеристики стабилитрона, величина максимального тока I_ст. max – допускаемой температурой полупроводника.

Максимальный ток  стабилизации   максимально допустимый ток стабилизации, при превышении которого наступает разрушающий тепловой пробой;

Минимальный ток  стабилизации минимально допустимый ток стабилизации, ниже которого сопротивление стабилитрона резко возрастает и уменьшается

Дифференциальное сопротивление  сопротивление, определяющее стабилизирующие свойства стабилитрона и показывающее, в какой степени зависит от

- разброс напряжения стабилизации – это интервал напряжения стабилизации, в пределах которого оно находится

.

- интервал тока стабилизации

Дифференциальное сопротивление стабилитрона вычисляется также, как для диода, по наклону вольтамперной характеристики.

Средний температурный коэффициент напряжения стабилизации - показывает, на сколько процентов изменится стабилизирующее напряжение при изменении температуры полупроводника на 1°C.

;

Ток I_СТ стабилитрона может быть определен падением напряжения на резисторе R:

Мощность рассеивания стабилитрона Р_СТ вычисляется по формуле Р_ст =.

5.     Оформление отчета

Результаты выполнения заданий вносятся в рабочую тетрадь

6. Задание

Задание 1. Идентификация выпрямителей и стабилитронов
на основе справочной информации

1)    Используя справочную литературу и Интернет заполнить таблицу

Наименование прибора	Назначение	Обозначение	Параметры
Выпрямительный диод
Стабилитрон

Задание 2. Определение параметров выпрямителей и стабилитронов на основе экспериментально измеренных характеристик в программе Electronic Work Bench

1. Измерение напряжения и вычисления тока через стабилитрон

1.1 Собрать простейшую схему параметрического стабилизатора:

1.2 Измерьте значение напряжения U_СТ на стабилитроне при значениях ЭДС источника равных: 0В, 4В, 6В, 10В, 15В, 20В, 25В, 30В, 35В. Результаты измерений U_СТ занесите в рабочую тетрадь в  таблицу данных для построения ВАХ стабилитрона

1.3 Вычислите ток I_СТ стабилитрона для каждого значения напряжения U_СТ по формуле . Результаты вычислений I_СТ занесите в рабочую тетрадь в  таблицу данных для построения ВАХ стабилитрона

1.4 По данным таблицы, полученной в пунктах 1.1-1.3 постройте вольтамперную характеристику стабилитрона. График построения зарисовать в рабочую тетрадь.

1.5 Оцените по вольтамперной характеристике стабилитрона напряжение стабилизации. Значение U_СТ  занесите в рабочую тетрадь.

1.6. Вычислите мощность P_СТ, рассеиваемую на стабилитроне при напряжении
Е = 20 В. Значение P_СТ   занесите в рабочую тетрадь.

1.7 Измерьте наклон ВАХ в области стабилизации напряжения и оцените дифференциальное сопротивление стабилитрона  в этой области. Значение   занесите в рабочую тетрадь.

1.8 Сохранить  файл с именем стабилитрон-1.ewb

2. Получение ВАХ стабилитрона на экране осциллографа

2.1 Собрать схему

2.2 Включите схему. Запишите экспериментальные значения напряжения стабилизации, полученное из графика на экране осциллографа в рабочую тетрадь

2.3 Сохранить  файл с именем стабилитрон-2.ewb