Исследование вольтамперной характеристики стабилитрона. Описание эксперимента. Методика измерений. Анализ результатов измерений

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физический факультет

Кафедра общей физики

ОТЧЕТ

о лабораторной работе

«Исследование вольтамперной характеристики стабилитрона»

Измерительный практикум, 1 курс, группа 0312

Преподаватель измерительного

практикума

_________________

«___»____________ 2000 г.

Преподаватель компьютерного

практикума

______________    

 «___»_________ 2000 г.

Новосибирск, 2000 г

Аннотация. Объектом исследования является вольтамперная характеристика стабилитрона – полупроводникового прибора, работающего как обычный диод. Подавая на него и последовательно соединенный с ним резистор переменное напряжение от –12,5 В. до 12,5 В., мы получали на нем ток от –30 до 30 мА. Падения напряжения со стабилитрона и резистора подавались на двухкоординатный самописец, который таким образом чертил зависимость напряжения на стабилитроне от тока через него. Как выяснилось, теория диода Шокли с хорошей точностью описывает вольтамперную характеристику стабилитрона. Погрешности возникали из-за конечного входного сопротивления самописца, конечной толщины линии графика вольтамперной характеристики и при определении по нему значений тока и напряжения.

1. Введение

Цель работы – проверка теоретической формулы по экспериментально полученной зависимости тока от напряжения. С графика, нарисованного самописцем, берется несколько точек и значения напряжения и тока, соответствующие им, подставляются в теоретическую формулу, и таким образом опытные данные непосредственно сверяются с предсказаниями теории. Вольтамперная характеристика стабилитрона при его прямом включении не отличается от характеристики диода, которая с хорошим приближением описывается экспоненциальной функцией:

где I_s – обратный ток; U_T- 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:

Эта формула проверяется по экспериментально полученной зависимости тока от напряжения для стабилитрона на участке, где напряжение приложено в прямом направлении, а также определяются значения I_s и m.

2. Описание эксперимента

2.1. Методика измерений

Исследуемый стабилитрон был последовательно соединен с резистором с  сопротивлением 150 Ом. На них был подан с низкочастотного генератора сигнал треугольной формы, так что напряжение на этой цепи менялось от  -12,5 В. до 12,5 В. Напряжение с резистора и стабилитрона было подано на входы X и Y самописца. Так как ток через резистор прямо пропорционален приложенному к нему напряжению, то фактически падение напряжения на резисторе эквивалентно току через стабилитрон:

где U_R  - напряжение на резисторе; R – его сопротивление.

Таким образом, самописец изображает зависимость тока на стабилитроне от напряжения на нем, что и требуется.

Oшибки возможны из-за неверного определения сопротивления резистора, неточности самописца и при определении значений тока и напряжения, проводившемся визуально.

2.2. Описание установки

Вольтамперная характеристика изучалась на следующей экспериментальной установке:

 

Здесь G - генератор сигналов специальной формы Г6-26, V – исследуемый стабилитрон,   R – нагрузочное сопротивление 150 Ом., C – двухкоординатный самописец.

Треугольный сигнал амплитудой 12,5 В. с генератора подается на стабилитрон и последовательно включенный с ним резистор. Падения напряжений с резистора и стабилитрона подаются на входы двухкоординатного самописца. Так как напряжение на резисторе пропорционально току через него, то самописец изображает зависимость тока через стабилитрон от напряжения на нем, то есть его вольтамперную характеристику.

Погрешности полученных данных практически полностью определяются точностью самописца.

2.3. Результаты измерений

Ниже приведена таблица полученных данных. В первой колонке помещены значения величины тока, во второй – напряжения, в третьей – дифференциального сопротивления.