Исследование вольт-амперной характеристики стабилитрона. Принципиальная схема экспериментальной установки

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физический факультет

Кафедра общей физики

ОТЧЕТ

о лабораторной работе

«Исследование вольт-амперной характеристики

стабилитрона»

Измерительный практикум, 1курс, группа 9312

Преподаватель измерительного практикума

_________________              «____»_____________ 1999 г.

Преподаватель компьютерного практикума

_________________   «____»____________ 1999 г.

Новосибирск, 1999 г.

Аннотация.

В этой работе измеряются основные характеристики стабилитрона: коэффициент отклонения от теории Шокли и обратный ток. Измерить эти две величины довольно проблематично, поэтому сначала снимается вольтамперная характеристика стабилитрона, затем рассчитывается дифференциальное сопротивление, а из графика дифференциального сопротивления от напряжения находим нужные величины.

1. Введение.

Принцип работы полупроводникового стабилитрона мало отличается от принципа работы  полупроводникового диода. Известно, что диод при подаче на него напряжения в обратном направлении практически не пропускает ток. Но если это напряжение чрезмерно увеличить, то произойдет пробой. Если для обычных диодов этот ток десятки и сотни вольт, то для стабилитронов напряжение пробоя, путем специальной технологии, делают небольшим. Вольтампернуая  характеристика  стабилитрона при прямом включении моло отличается от характеристики диода зная это можно вплотную подойти к решению задачи, которая формулирется так:

Выяснить зависимость сопротивления от напряжения, а также определить обратный ток I_S поправочный коэффициент m.

2. Описание эксперимента.

2.1 Методика измерений.         

U

t

          Методика измерений предельно проста. Так как нам нужно знать дифференциальное сопртивление , то будем простото мерить значения тока, который течет по стабилитрону, при разных значениях прикладываемого напряжения. Для того чтобы упростить измерения, используем двухкоординатный самописец и генератор сигналов специальной формы. Генератор будет выдавать напряжение как показано на рис.1 .Тогда на самописце мы получим кривую ,на которой сможем увидеть значения тока и напряжения в нужных пределах.

2.2 Описание установки .

       На рис.2 привидена принципиальная схема установки где:

G-генератор

С-самописец

V_D-стабилитрон

R-постоянный резистор

По этой схеме по оси Y самописец рисовал напряжение на стабилитроне,а по оси X напряжение на сопротивлении R,которое

пропорционально току ,текущему по сопротивленю,

	Рис.2

 

В работе были использованы:

ãГенератор сигналов специальной формы Г6-27.

ãДвухкоординатный самописец Н307.Погрешность ±0.5%

ãСтабилитрон ЛС133А

ãРезистор 150 W.

2.3Результаты измерений.

Табл №1

По  данным из таблицы №1построим график (см рис 3):

U(V)	0,6	0,55	0,5	0,45	0,4	0,35	0,3	0,25	-0,25	-0,5	-0,75	-1	-1,25
I(mA)	27	4,08	2	1,4	0,4	0	-0,11	-0,12	-0,13	-0,15	-0,17	-0,17	-0,19
U(V)	-1,5	-1,63	-1,75	-1,875	-2	-2,125	-2,25	-2,38	-2,5	-2,63	-2,75	-2,88	-3
I(mA)	-0,2	-0,25	-0,4	-0,7	-0,9	-1,2	-2	-2,8	-4	-6	-8,2	-11,2	-16

	Рис. 3

 

3.  Анализ результатов измерений.

3.1.   Обработка результатов

Вольт-амперная характеристика стабилитрона мало отличается от характеристики диода,поэтому  ее с  хорошей точностью можно описать экспонециальной функцией:

                              (1)

где это обратный ток; -термический потенциал (-постоянная Больцмана,-заряд электрона, Т температура в градусах Кельвина). Коэфициент m  учитывает отклонение от теории Шокли и составляет несколько едениц. Из этой формулы можно определить дифференциальное сопротивление стабилитрона при прямом включении.

  (2)  которую можно представить формулой .

Имея это уравнение несложно найти  обратный ток   и коэффициент m , используя то, что

и

Дифференциальное сопротивление будем считать по формулам конечных разностей:

                       

полученные результаты показаны в таблице №2:

Табл №2

  

По таблицы №2 построим график (см. рис.4).

           

Рис. 4

 

График на рис.4 построен только при положительных значениях U(V)  так  как многие отрицательные значения  характеризуют  область пробоя стабилитрона.

График на рис. 4 описывается функцией 

Имея  эти  данные легко вычислить обратный ток I_S  и коэффициент отклонения от теории Шокли m.

I_S=0,101021mA    m=1,95

3.2 Оценка погрешностей

Погрешности посчитать несложно. Погрешность линейки ,которой мы измеряем длину кривой ровна 0.05 см. Максимальная относительная погрешность ровняется  20,5%, при переводе в вольты дабавим еще 0.5%.В итоге мы имеем максимальную относительную погрешность 20,5%. Соответственно погрешность дифференциального сопротивления 41%.Коэффициент получен с точностью %, а  с точностью  %. Погрешность термического потенциала ровна 2.5%. Следовательно, погрешность ровна 2,501%,а обратного тока  I_S   0,011%

Отсюда можно сделать вывод что , а

4.  Обсуждение полученных результатов

Полученные результаты, конечно, радуют. Обратный ток для стабилитрона КС122А по справочнику равен 0.1mA, а у нас получилось, что , что недалеко от истины. Коэффициент отклонения от теории Шокли равен,что тоже довольно верно. 

5.  Выводы и заключения

Результаты полученные в этой лабараторной роботе оказались точными и это означает, что таким способом можно вычислить обратный ток и коэффициент отклонения от теории Шокли. Настораживает только одно- огромная погрешность дифференциального сопротивления, но от нее не куда не деться так как мы измеряем очень маленькие растояния линейкой. Тем более это максимальная погрешность, то есть многие значения дифференциального сопротивления вычеслены более точно. Но самый главный вывод заключается в том, что дифференциальное