Экспериментальные исследования стабилитрона. Анализ работы стабилизатора напряжения

Рис. 2.1.  Вольт-амперная характеристика полупроводникового

стабилитрона при разных температурах

Основные параметры стабилитронов

Номинальный ток стабилизации  – значение постоянного тока, протекающего через стабилитрон в режиме стабилизации.

Напряжение стабилизации  – значение напряжения стабилитрона при протекании номинального тока стабилизации.

Минимальный ток стабилизации  – значение тока стабилитрона, при котором возникает устойчивый пробой.

Максимальный ток стабилизации  – наибольший ток, при котором мощность, рассеиваемая на стабилитроне, не превышает допустимого значения.

Дифференциальное сопротивление стабилитрона (R_ст) – дифференциальное сопротивление при заданном значении тока стабилизации стабилитрона, определяемое как отношение приращения напряжения стабилизации к вызвавшему его малому приращению тока.

Температурный коэффициент напряжения стабилизации – отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды при постоянном значении тока стабилизации.

2. Методика выполнения работы

Экспериментальные исследования стабилитрона проводятся на блоке 1В. Схема блока показана на его передней панели и на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Принципиальная схема блока 1В

Перед началом экспериментов ознакомьтесь по таблице и выпишите в отчет основные справочные параметры указанного преподавателем  стабилитрона.

Стабилитроны

Указания по проведению работы

1. Снимите  данные для построения  обратной ветви ВАХ стабилитрона

.

Для этого в блоке 1 В согласно схеме, приведенной на рис. 2.2, подключите проводниками измерительные приборы: вольтметр с пределами измерения 20 В – к клеммам Х9 и Х10, а миллиамперметр с пределом измерения 20 мА – к клеммам Х7 и Х8. Переключателем S8 отключите сопротивление нагрузки. Переключатель S5 установите в положение «Обр.».

Выведите все ручки источников питания в крайнее левое положение,  включите на блоке коммутации электропитание стенда и нажмите кнопку «1В».

При снятии обратной (рабочей) ветви ВАХ напряжение на стабилитроне  регулируйте ручками на блоке питания V1 от 0 до значения, при котором ток стабилитрона либо максимален , либо достигнет предела измерения миллиамперметра (20 мА). Отсчет напряжения производите по вольтметру, подключенному к клеммам Х9 и Х10.

Экспериментальные точки наносите непосредственно на график, где на оси абсцисс откладывайте значение  (рекомендуемый масштаб от 0 до 7 В), а на оси ординат – обратный ток  (от 0 до 20 мА).

По ВАХ стабилитрона определите экспериментальное значение , точку номинального режима , а также сопротивление стабилитрона по постоянному току (статическое)  в точке номинального режима.

Указание. Экспериментальную точку номинального режима следует выбрать на средине участка ВАХ между I_{ст min}  и  I_{ст max}.

2. Измерьте температурный коэффициент стабилизации напряжения. Включите термостат нагрева стабилитрона и при достижении температуры 60 °С повторите измерения  аналогично п. 1. Выключите термостат.

Рассчитайте температурный коэффициент стабилизации напряжения по формуле

, где  

– относительное напряжение стабилизации при изменении температуры окружающей среды (DТ) от 25 до 60 °С и постоянном (номинальном) значении тока стабилизации.

3. Измерьте дифференциальное сопротивление стабилитрона в точке номинального режима 

.

Особенность измерения заключается в том, что при заметном изменении тока DI_ст относительно тока  I_{ст н}  изменение напряжения DU_ст  относительно номинального U_{ст н} очень мало. Поэтому измерение производится в три этапа по следующему алгоритму.

· Задайте рабочий режим стабилитрона по постоянному току. Для этого, изменяя напряжение источника питания V1 (рис. 2.2), выставьте по миллиамперметру и вольтметру соответственно номинальные значения  I_{ст н} и  U_{ст н}.

· Подключите вольтметр к клеммам Х10 и Х11 источника питания V2 и установите напряжение U_{ст н}. Напряжение между клеммами Х9 и Х11 окажется равным нулю. Переключите вольтметр на клеммы Х9 и Х11 (он покажет напряжение около нуля) и измените предел его измерений до 2 В. Откорректируйте напряжение источника питания V2 так, чтобы вольтметр показал 1 В.

Пояснение. Блок питания V2 необходим для компенсации U_{ст н}, что позволяет использовать при измерении малых изменений U_ст более чувствительный предел вольтметра.

· Регулируя напряжение источника питания V1, измените ток стабилитрона  относительно номинального на величину DI_ст/2 ( можно взять равным I_{ст н}/2). Это приведет к изменению напряжения U_{ст н} ± DU_{ст н}/2. Полное DU_ст определите по вольтметру.

Дифференциальное сопротивление в точке номинального режима вычислите по формуле  R_i = DU_cт /DI_ст .

4. Измерьте коэффициент стабилизации K_ст стабилизатора напряжения.

Коэффициент стабилизации

показывает, во сколько раз относительное изменение напряжения на стабилитроне  меньше относительного изменения напряжения источника

Методика измерения  K_ст  аналогична методике измерения  R_i.

· Вольтметр отключите от клемм Х9 и Х11 и подсоедините его к клеммам Х9 и Х10. Установите номинальный режим стабилитрона. Запишите значение U_{ст н} с точностью до двух значащих цифр.

С помощью переключателя S8 параллельно стабилитрону подключите сопротивление нагрузки R3. При этом напряжение на стабилитроне немного уменьшится (порядка 0,1 В). Увеличьте напряжение источника питания V1 до значения Е_н, чтобы вернуться