Лабораторно-практическая работа № 2
по предмету «Основы промышленной электроники»
Тема: «Расчёт параметров кремниевого стабилитрона»
Цель:
- научиться применять знания, полученные при изучении дисциплины;
- приобрести навыки сборки лабораторных схем для изучения режимов работы стабилитронов
с последующим расчетом, анализом и экспериментальным определением параметров электронных элементов;
- изучение принципов работы, определение основных характеристик стабилитронов.
- воспитать у студентов целеустремленность при изучении учебного материала в течение
всего учебного года.
Оборудование: методические и справочные материалы, индивидуальное задание.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Лабораторно-практическая работа предназначена для усвоения (закрепления) материала
теоретических занятий, развития практических умений.
Выполнение практической работы включает этапы: изучение исходных данных; выполнение работы;
оформление материалов; защита работы.
1.1. Сбор данных выполняется в следующем порядке: изучается инструкция по выполнению работы;
уясняется цель работы и последовательность действий; уточняются у преподавателя непонятные моменты; выполняются действия согласно пунктам раздела «Порядок выполнения…».
Оформление отчета.
Отчет оформляется индивидуально каждым учащимся в отдельных тетрадях. Отчет по каждой работе
должен включать следующие материалы согласно пунктам раздела «Порядок выполнения…».
Защита работы.
Для защиты выполненной работы учащийся должен: представлять цель и порядок выполнения
работы; изучить теоретический материал по теме; ответить на вопросы к защите и дополнительные
вопросы по данной теме; сдать для проверки выполненные материалы работы.
Защищенная лабораторно-практическая работа подписывается преподавателем с указанием числа
защиты работы.
Выполненные в полном объеме лабораторно-практические работы являются допуском к зачету
(экзамену). Учащиеся, не защитившие всех лабораторно-практических работ, к зачету не
допускаются.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Расчет параметров кремниевого стабилитрона
Общие сведения
|
При равномерном распределении тока лавинного пробоя по площади р–n -пере хода
полупроводниковый прибор способен пропустить значительный обратный ток без его
повреждения. Это явление используется в диодах малой мощности, получивших название
кремниевых стабилитронов или опорных диодов. Стабилитрон имеет схемное обозначение (рис.
2.1).
При изготовлении стабилитронов наиболее широко используются сплавной и диффузионный
методы получения р–n -перехода. Исходным материалом при изготовлении стабилитронов служит
пластинка кремния n -типа. В нее вплавляется алюминий, являющийся акцепторной примесью для
кремния. Кристалл с р–n -переходом помещается обычно в герметизированный металлический
корпус.
Нормальным режимом работы стабилитронов является работа при обратном напряжении,
соответствующем обратному электрическому пробою р–n -перехода. Лавинный механизм
электрического пробоя р–n -перехода наблюдается как у кремниевых, так и у германиевых диодов.
Однако выделение тепла, сопровождающее эти процессы, приводит для германия к
дополнительной тепловой генерации носителей заряда, искажающей картину лавинного пробоя.
В этой связи в качестве исходного материала для полупроводниковых стабилитронов
используется кремний, обладающий более высокой температурной стабильностью.
Вольт -амперная характеристика стабилитрона
Важнейшей характеристикой стабилитрона является его вольт-амперная характеристика (рис. 2.2).
В прямом включении вольт-амперная характеристика стабилитрона практически не отличается от прямой ветви любого кремниевого диода.
Обратная ветвь характеристики имеет вид прямой вертикальной линии, проходящей почти параллельно оси токов. Благодаря этому при изменении в широких пределах обратного тока 
падение напряжения 
на приборе практически не изменяется. Это свойство кремниевых стабилитронов позволяет использовать их в качестве стабилизаторов.
Поскольку электрический пробой стабилитрона наступает при сравнительно низком обратном напряжении, то мощность, выделяющаяся в р–n -переходе даже при значительных обратных токах, будет небольшой, что предохраняет р–n -переход от необратимого теплового пробоя. Превышение предельно допустимого обратного тока стабилитрона приводит, как и в обычных диодах,
к выходу прибора из строя.
Основные параметры стабилитрона
Основные параметры кремниевых стабилитронов.
Напряжение стабилизации – значение напряжения на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации  . Этим значениям соответствует рабочая точка  на обратной ветви ВАХ.
Минимальный ток стабилизации  – ток, при котором возникает устойчивый лавинный пробой и обеспечивается заданная надежность работы. Этому значению тока соответствует точка  на рис. 2.2.
|
|
М аксимально допустимый ток стабилизации 
– ток, при котором достигается максимально допустимая мощность рассеивания 
. Это значение тока показано буквой 
на рис. 2.2.
Дифференциальное сопротивление 
– отношение приращения напряжения на стабилитроне к приращению тока в режиме стабилизации
. (2.1)
|
 . (2.2)
|
Величина характеризует степень постоянства напряжения стабилизации при изменении тока пробоя и определяется из построений, приведенных на рис. 2.3.
Максимальная мощность рассеивания – наибольшая мощность, выделяющаяся в р–n -переходе, при которой не возникает тепловой пробой перехода.
Температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН) – отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры 
окружающей среды, %/°С,
Величина 
показывает на сколько процентов изменится напряжение стабилизации при изменении температуры на 1 °С.
Важнейшие параметры стабилитрона 
соответствуют рабочей точке вольт-амперной характеристики стабилитрона (рис. 2.2). Обычно точка располагается на середине рабочего участка 
обратной ветви вольт-амперной характеристики стабилитрона.
В качестве примера в табл. 2.1 приведены основные параметры стабилитрона Д814Д, используемого в цепях стабилизации блоков управления электровозов.
Таблица 2.1
