Исследование вольтамперной характеристики стабилитрона. Описание эксперимента. Методика измерений. Анализ результатов измерений, страница 3

3.Анализ результатов измерений

3.1. Обработка результатов

Полупроводниковый стабилитрон по принципу действия мало отличается от простого диода. Известно, что диод при подаче на него напряжения в обратном направлении практически не пропускает ток. Но если это напряжение чрезмерно увеличивать, то произойдет пробой: ток через диод резко возрастет, и прибор может выйти из строя. Для стабилитрона это рабочее состояние. Если для обычных диодов пробивное напряжение составляет десятки и сотни вольт, то для стабилитронов его путем специальной технологии делают небольшим.

Вольтамперная характеристика стабилитрона при его прямом включении не отличается от характеристики диода, с хорошим приближением описывающейся экспоненциальной функцией:

где I_s  - обратный ток; U_T =kT/e₀  - термический потенциал (k – постоянная Больцмана, T – температура, e₀ - заряд электрона). Поправочный коэффициент m учитывает отклонение от теории диода Шокли, и его величина составляет несколько единиц. Из этой формулы можно определить дифференциальное сопротивление стабилитрона в прямом включении:

Обработку результатов проводим следующим образом. Сначала для некоторого количества точек графика по формулам конечных разностей рассчитываем значения производной и напряжения:

и по этим значениям строим график зависимости дифференциального сопротивления от напряжения

r(U)=(dI/dU)^-1_.

               По точкам r(U) в области прямой проводимости стабилитрона с помощью регрессионного анализа определяем коэффициенты a и b для функции y(x)=ae^bx. Обратный ток I_s и поправочный коэффициент m вычисляем с помощью соотношений:

По полученным данным a=415500, b=-3,05. Температура была T=301 К. Термический потенциал U_T=0,0301 В. Отсюда m=10,93 , а I_s=7,9*10^-7.

3.2. Оценка погрешностей.

Погрешности были допущены из-за неточного определения сопротивления резистора, погрешности самописца. Погрешность определения по графику значений тока и напряжения с учетом неточности самописца составила около 5%. Сам математический метод конечных разностей определения производной вольтамперной характеристики неточен. Величина достоверности аппроксимации  экспериментального графика экспонентой в квадрате составляет 0,6542.

4. Обсуждение полученных результатов

Экспериментальные данные с довольно хорошей точностью совпадают с предсказаниями теории. У стабилитрона в прямом включении вольтамперная характеристика не отличается от  характеристики обычного диода, в обратном же при определенном напряжении возникает пробой, при котором напряжение на нем практически не зависит от величины тока. Этот участок является для него рабочим.

5. Выводы и заключение

Стабилитрон в общем ведет себя как обычный диод. Рабочим является для него состояние пробоя, когда падение напряжения на нем почти не меняется при изменении силы протекающего через него тока. В прямом же включении вольтамперная характеристика стабилитрона не отличается от характеристики обычного диода и с хорошим приближением описывается теорией диода Шокли.

Литература.

1.  Основы информационных технологий. Часть 1. Новосибирск: НГУ, 1998.

2.  Измерительный практикум. Часть 1. Новосибирск: НГУ, 2000.