Полупроводниковые стабилитроны
ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
Полупроводниковые стабилитроны
1. Цель работы и
краткая программа измерений
Изучение конструкции и принципов
работы полупроводниковых стабилитронов. Изучение их основных параметров.
Наблюдение изменения параметров стабилитронов от внешних факторов
(температуры).
2. Схема
измерительной цепи
стабилитрон схема полупроводниковый
G1 - источник питания 1-15 В; R1 - потенциометр 0-100 Ом;
R2 - балластный резистор 0-1 кОм; PA - цифровой амперметр;
VD - исследуемый стабилитрон; PV - цифровые вольтметры.
3. Предельно
допустимые значения токов, напряжений и мощностей в цепях отдельных электродов
прибора
|
Номера контактов
|
Наименование Прибора
|
Основной тип пробоя
|
Uст [В]
|
Iст.max [мА]
|
Iст.min [мА]
|
Pmax [мВт]
|
|
1-2
|
Д814А
|
Лавинный
|
8-9,5
|
29
|
3
|
280
|
|
1-3
|
КС133А
|
Туннельный
|
3,3
|
81
|
3
|
300
|
|
1-5
|
Д818Г
|
Термост
|
9
|
33
|
3
|
300
|
. Необходимые
расчеты
Снятые
данные
|
Измерения при комнатной температуре (18 С0)
|
|
Д814А
|
КС133А
|
Д818Г
|
|
U [В]
|
I [мА]
|
U [В]
|
I [мА]
|
U [В]
|
I [мА]
|
|
0,000
|
0,001
|
0,00
|
1,01
|
0,000
|
0,001
|
|
7,700
|
0,030
|
0,70
|
0,02
|
8,540
|
2,600
|
|
7,760
|
3,000
|
1,40
|
0,04
|
8,640
|
5,600
|
|
7,770
|
4,600
|
2,50
|
0,50
|
8,720
|
10,000
|
|
7,780
|
5,970
|
2,80
|
1,00
|
8,810
|
20,000
|
|
7,790
|
8,300
|
3,40
|
5,00
|
8,870
|
30,000
|
|
7,800
|
8,940
|
3,67
|
10,00
|
|
|
7,820
|
16,620
|
3,80
|
15,00
|
|
|
7,850
|
20,200
|
3,90
|
20,00
|
|
|
7,860
|
24,000
|
4,00
|
30,00
|
|
|
|
4,10
|
40,00
|
|
|
|
4,15
|
50,00
|
|
|
|
4,20
|
60,00
|
|
|
Измерения при температуре 60 С0
|
|
Д814А
|
КС133А
|
Д818Г
|
|
U [В]
|
I [мА]
|
U [В]
|
I [мА]
|
U [В]
|
I [мА]
|
|
0,000
|
0,001
|
0
|
0,01
|
0,000
|
0,010
|
|
8,04
|
2,49
|
2,5
|
0,6
|
8,540
|
2,100
|
|
8,05
|
5,00
|
2,7
|
1
|
8,640
|
4,600
|
|
8,08
|
10,00
|
2,8
|
1,2
|
8,720
|
8,400
|
|
8,10
|
15,00
|
3,4
|
5,8
|
8,810
|
15,900
|
|
8,12
|
20,00
|
3,67
|
11,6
|
8,870
|
22,700
|
|
8,14
|
24,00
|
3,8
|
17
|
8,900
|
30,000
|
|
|
3,9
|
22,7
|
|
|
|
4
|
31,4
|
|
|
|
4,1
|
44,3
|
|
|
|
4,15
|
55,5
|
|
|
|
4,2
|
70
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лавинный
диод Д814А
Изменение дифференциального
сопротивления лавинного стабилитрона данного типа
|
Измерения при комнатной температуре (18 С0)
|
|
UX [В]
|
IY [мА]
|
u [В]
|
dU [В]
|
dI [мА]
|
r [Ом]
|
|
7,7
|
0,03
|
7,716
|
0,032
|
1,07
|
29,90654
|
|
7,732
|
1,1
|
7,748
|
0,032
|
3
|
10,66667
|
|
7,764
|
4,1
|
7,78
|
0,032
|
4,9
|
6,530612
|
|
7,796
|
9
|
7,812
|
0,032
|
6,7
|
4,776119
|
|
7,828
|
15,7
|
7,844
|
0,032
|
8,3
|
3,855422
|
|
7,86
|
24
|
|
|
|
|
|
Измерения при температуре 60 С0
|
|
8
|
0,03
|
8,014
|
0,032
|
2,17
|
14,74654
|
|
8,028
|
2,2
|
8,042
|
0,032
|
3,7
|
8,648649
|
|
8,056
|
5,9
|
8,07
|
0,032
|
5
|
6,4
|
|
8,084
|
10,9
|
8,098
|
0,032
|
6,4
|
5
|
|
8,112
|
17,3
|
8,126
|
0,032
|
6,7
|
4,776119
|
|
8,14
|
24
|
|
|
|
|
Расчет
температурного коэффициента
|
I [мА]
|
I(U) (t=18C)
|
I(U) (t=60C)
|
K [мВ/С]
|
|
3,000
|
7,754
|
8,038
|
6,762
|
|
5,000
|
7,770
|
8,053
|
6,738
|
|
10,000
|
7,801
|
8,078
|
6,595
|
|
15,000
|
7,824
|
8,100
|
6,571
|
|
20,000
|
7,845
|
8,121
|
6,571
|
|
25,000
|
7,861
|
8,138
|
6,595
|
Из полученных данных и проведенных
измерений можно сделать вывод либо о несоответствии заявленных рабочих
диапазонов стабилитрона Д814А действительности, либо о нехватке данных о
температурном режиме этих данных.
Температурный коэффициент принимает
более или менее линейный горизонтальный вид лишь на участке от [-10; -25] мА, в
то время как диапазон стабилизации [-3; -40] мА.
В остальном стабилитрон является
диодом с проводимостью лавинного типа и имеет достаточно типичную ВАХ для
данного типа приборов.
Туннельный
диод КС133А.
Изменение дифференциального
сопротивления лавинного стабилитрона данного типа
|
Измерения при комнатной температуре (18 С0)
|
|
UX [В]
|
IY [мА]
|
u [В]
|
dU [В]
|
|
3,535
|
0,270
|
5,000
|
54,000
|
|
3,735
|
0,130
|
5,000
|
26,000
|
|
3,850
|
0,100
|
5,000
|
20,000
|
|
3,950
|
0,100
|
10,000
|
10,000
|
|
4,050
|
0,100
|
10,000
|
10,000
|
|
4,125
|
0,050
|
10,000
|
5,000
|
|
4,175
|
0,050
|
10,000
|
5,000
|
|
Измерения при температуре 60 С0
|
|
3,535
|
0,270
|
5,800
|
46,552
|
|
3,735
|
0,130
|
5,400
|
24,074
|
|
3,850
|
0,100
|
5,700
|
17,544
|
|
3,950
|
0,100
|
8,700
|
11,494
|
|
4,050
|
0,100
|
12,900
|
7,752
|
|
4,125
|
0,050
|
11,200
|
4,464
|
|
4,175
|
0,050
|
14,500
|
3,448
|
Расчет
температурного коэффициента
|
I [мА]
|
I(U) (t=18C)
|
K [мВ/С]
|
|
10,000
|
3,652
|
3,601
|
-1,214
|
|
20,000
|
3,900
|
3,854
|
-1,095
|
|
30,000
|
4,011
|
3,988
|
-0,548
|
|
40,000
|
4,100
|
4,069
|
-0,738
|
|
50,000
|
4,150
|
4,127
|
-0,548
|
|
60,000
|
4,205
|
4,165
|
-0,952
|
Как и в случае со стабилитроном
лавинной проводимости, паспортные характеристики расходятся с практическими.
Однако можно наблюдать изменение знака температурного коэффициента по сравнению
с лавинным диодом. Это означает что напряжение на нем при повышении температуры
будет падать а ток расти. В наиболее линейном диапазоне [-25; -55] мА
наблюдается незначительная величина температурного коэффициента 0,64 мВ/С0.
Термокомпенсирующий
диод Д818Г
Изменение дифференциального
сопротивления лавинного стабилитрона данного типа
|
Измерения при комнатной температуре (18 С0)
|
|
UX [В]
|
IY [мА]
|
u [В]
|
dU [В]
|
UX [В]
|
IY [мА]
|
|
8,540
|
2,600
|
8,573
|
0,066
|
1,700
|
38,824
|
|
8,606
|
4,300
|
8,639
|
0,066
|
2,800
|
23,571
|
|
8,672
|
7,100
|
8,705
|
0,066
|
4,500
|
14,667
|
|
8,738
|
11,600
|
8,771
|
0,066
|
7,600
|
8,684
|
|
8,804
|
19,200
|
8,837
|
0,066
|
10,800
|
6,111
|
|
8,870
|
30,000
|
|
|
|
|
|
Измерения при температуре 60 С0
|
|
8,540
|
2,100
|
8,576
|
0,072
|
2,000
|
36,000
|
|
8,612
|
4,100
|
8,648
|
0,072
|
2,500
|
28,800
|
|
8,684
|
6,600
|
8,720
|
0,072
|
3,900
|
18,462
|
|
8,756
|
10,500
|
8,792
|
0,072
|
7,200
|
10,000
|
|
8,828
|
17,700
|
8,864
|
0,072
|
12,300
|
5,854
|
|
8,900
|
30,000
|
|
|
|
|
Расчет
температурного коэффициента
|
I [мА]
|
I(U) (t=18C)
|
I(U) (t=60C)
|
K [мВ/С]
|
|
5,000
|
8,639
|
8,669
|
0,714
|
|
10,000
|
8,716
|
8,742
|
0,619
|
|
20,000
|
8,806
|
8,834
|
0,667
|
|
25,000
|
8,841
|
8,875
|
0,810
|
|
30,000
|
8,872
|
8,911
|
0,929
|
Наблюдается аналогичная ситуация с
паспортными данными. Однако следует обратить внимание на температурную
зависимость в области стабилизации [-5; -23] мА: температурный коэффициент в
которой наиболее стабилен. Он имеет здесь значение отрицательное, но меньше чем
у лавинного стабилитрона, да и и его флуктуация несколько меньше чем у других.
Отрицательность коэффициента
объясняется тем что зависимость от температуры лавинного процесса генерации
носителей имеет более выраженный характер нежели при туннельном размножении, и,
как следствие превалирует по своей величине, однако противоположность знаков
туннельного и лавинного температурных коэффициентов компенсируют друг-друга.
В результате этого мы наблюдаем
гораздо более устойчивую и относительно небольшую картину смещения напряжения и
тока на диоде Д818Г от изменения температуры.
Рабочая
прямая и расчет балластного сопротивления.
Рабочая характеристика строится по
двум данным точкам:
Напряжение питания (без падения на
сопротивлении), а следовательно ток - нулевой:
(-8В, 0мА)
И рабочей точке, определенной из
графика при значении тока как
Границы стабилизации
взяты не паспортные, а исходя из графика. Диапазон стабилизации выбран [-25;
-55] мА.
(-4,0887; -40)
Формула прямой по двум
точкам:
Откуда получаем значение
в нуле:
Полученное сопротивление сравнимо с
известным установленным в исследуемой цепи балластным сопротивлением 100 Ом.
Рассчитанное значение меньше
реального на 2 Ома, что, как мне кажется, может являться причиной того, что не
учтено последовательно включенное сопротивление самого диода (сопротивления его
открытого перехода и материала).
Так, как в качестве нагрузки в схеме
выступает разве что вольтметр с теоретически бесконечным сопротивлением, а
следовательно нулевым током через него, мощность балластного резистора
получилась 3,9 Вт, однако не следует забывать, что номинал мощности резистора
следует увеличить, в случае включения в цепь нагрузки на RБ*IН.