Лаб.р. №1 Диоды, стабилитроны

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
СУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ
Лабораторная работа №1
Исследование полупроводниковых диодов
и стабилитронов
Выполнил
Проверил
Сумы 2015
Цель: Исследование особенностей работы полупроводниковых диодов, построение ВАХ, анализ
сопротивления диода на переменном и постоянном токе. Определение основных параметров и
режима работы стабилитрона, построение ВАХ, исследование изменения напряжения на
стабилитроне при изменении сопротивления в
схеме параметрического стабилизатора.
Ход работы
I.
Анализ особенностей работы диодов.
Эксперимент 1. Измерение напряжения и вычисление тока через диод.
Откройте файл с9_011 (рис. 9.1) и включите схему. Мультиметр покажет напряжение на диоде UПР
при прямом смещении. Переверните диод и снова запустите схему. Теперь мультиметр покажет
напряжение на диоде UОБ ПРИ обратном смещении. Запишите показания в раздел "Результаты
экспериментов". Вычислите ток диода при прямом IПР и обратном IОБ смещении согласно формулам
(9.1) и (9.2).
Эксперимент 2. Измерение тока.
Откройте файл с9_012 (рис. 9.2) и включите схему. Мультиметр покажет ток диода IПР при прямом
смещении. Переверните диод и снова запустите схему. Теперь мультиметр покажет ток IОБ диода
при обратном смещении. Запишите показания в раздел "Результаты экспериментов".
Эксперимент 3. Измерение статического сопротивления диода.
Измерьте сопротивление диода в прямом и обратном подключении, используя мультиметр в
режиме омметра. Малые значения сопротивления соответствуют прямому подключению.
Показания прямого сопротивления различны для разных шкал омметра. Почему?
Эксперимент 4. Снятие вольтамперной характеристики диода.
а). Прямая ветвь ВАХ. Отройте файл с9_013 (рис. 9.3). Включите схему. Последовательно
устанавливая значения ЭДС источника равными 5 В, 4 В, 3 В, 2 В, 1 В, 0.5 В, 0 В запишите
значения напряжения U ПР и тока IПР диода в таблицу а) раздела "Результаты
экспериментов".
б). Обратная ветвь ВАХ. Переверните диод. Последовательно устанавливая значения ЭДС
источника равными 0 В, 5 В, 10 В, 15 В запишите значения тока IОБ и напряжения UОБ в таблицу б)
раздела "Результаты экспериментов".
в). По полученным данным постройте графики IПР (UПР) и IОБ (UОБ)г). Постройте касательную к графику прямой ветви ВАХ при IПР = 4 мА и оцените дифференциальное сопротивление диода по наклону касательной. Проделайте ту же процедуру для IПР
= 0.4 мА и IПР =0.2 мА. Ответы запишите в раздел "Результаты экспериментов". д). Аналогично
пункту г) оцените дифференциальное сопротивление диода при обратном напряжении 5 В и
запишите экспериментальные данные в раздел "Результаты экспериментов".
е). Вычислите сопротивление диода на постоянном токе IПР = 4 мА по формуле RCT= UПР/IПР и
занесите результат в раздел "Результаты экспериментов".
ж). Определите напряжение изгиба. Результаты занесите в раздел "Результаты экспериментов".
Напряжение изгиба определяется из вольтамперной характеристики диода, смещенного в прямом
направлении, для точки, где характеристика претерпевает резкий излом.
Эксперимент 5. Получение ВАХ на экране осциллографа.
Откройте файл с9_014. (рис. 9.4). Включите схему. На ВАХ, появившейся на экране осциллографа,
по горизонтальной оси считывается напряжение на диоде в милливольтах (канал А), а по
вертикальной - ток в миллиамперах (канал В, 1 мВ соответствует 1 мА). Обратите внимание на
изгиб ВАХ. Измерьте и запишите в раздел "Результаты экспериментов" вели чину напряжения
изгиба.
II. Анализ работы стабилитронов.
Эксперимент 1. Измерение напряжения и вычисление тока через стабилитрон. а). Откройте
файл с9_021 (рис. 9.5). Измерьте значение напряжения UCT на стабилитроне при значениях ЭДС
источника, приведенных в таблице раздела "Результаты измерений", и занесите результаты
измерений в ту же таблицу. б). Вычислите ток Iст стабилитрона для каждого значения напряжения
UCT. Результаты вычислений занесите в таблицу. в). По данным таблицы постройте вольтамперную
характеристику стабилитрона. г). Оцените по вольтамперной характеристике стабилитрона
напряжение стабилизации. д). Вычислите мощность Рст рассеиваемую на стабилитроне при
напряжении Е = 20 В. в). Измерьте наклон ВАХ в области стабилизации напряжения и оцените
дифференциальное сопротивление стабилитрона в этой области.
Эксперимент 2. Получение нагрузочной характеристики параметрического стабилизатора. а).
Подключите резистор RL=75 Ом параллельно стабилитрону. Значение источника ЭДС установите
равным 20В. Включите схему. Запишите значение напряжения UCT на стаби- литроне в раздел
"Результаты экспериментов". б). Повторите пункт а) при коротком замыкании и при сопротивлениях
резистора RL 100 Ом, 300 Ом, 600 Ом, 1 кОм. в). Рассчитайте ток I1 через резистор R, включенный
последовательно с источником, ток IL через резистор RL, и ток стабилитрона Iст Для каждого
значения RL из таблицы, приведенной в разделе "Результаты экспериментов". Результаты занесите в
таблицу.
Эксперимент 3. Получение ВАХ стабилитрона на экране осциллографа. Откройте файл
с9_022 (рис. 9.6). Включите схему. Запишите в экспериментальные данные напряжение
стабилизации, полученное из графика на экране осциллографа
Вопросы
I.
Полупроводниковые диоды.
1. Сравните напряжения на диоде при прямом и обратном смещении по порядку величин. Почему они
различны?
2. Сравнимы ли измеренные значения тока при прямом смещении с вычисленными значениями?
3. Сравнимы ли измеренные значения тока при обратном смещении с вычисленными значениями?
4. Сравните токи через диод при прямом и обратном смещении по порядку величин. Почему они
различны?
5. Что такое ток насыщения диода?
6. Намного ли отличаются прямое и обратное сопротивления диода при измерении их мультиметром в
режиме омметра? Можно ли по этим измерениям судить об исправности диода?
7. Существует ли различие между величинами сопротивления диода на переменном и постоянном токе?
8. Совпадают ли точки изгиба ВАХ, полученные с помощью осциллографа и построенные по результатам
вычислений?
II.
Стабилитроны.
9. Сравните относительное изменение напряжения на стабилитроне с относительным изменением
питающего напряжения. Оцените степень стабилизации.
10. Влияет ли значение сопротивления нагрузки на степень стабилизации выходного напряжения
стабилизатора?
11. Как изменяется напряжение стабилитрона UCT, когда ток стабилитрона становится ниже 20 мА?
12. Каково значение тока стабилитрона ICT при входном напряжении 15 В?
13. Каково значение тока стабилитрона ICT при значении сопротивления R = 200 Ом?
14. Как изменяется напряжение UCT на выходе стабилизатора, при уменьшении сопротивления R?