Исследование полупроводникового диода

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Кафедра комплексной информационной безопасности

электронно-вычислительных систем (КИБЭВС)

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА

Практическая работа №2.

Выполнил

Принял

________  _______

1 Введение

1.1 Цель работы

 1. Построение обратной ветви вольтамперной характеристики стабилитрона и определение напряжения стабилизации.

2. Вычисление тока и мощности, рассеиваемой стабилитроном.

3. Определение дифференциального сопротивления стабили-трона по вольтамперной характеристике.

4. Исследование изменения напряжения стабилитрона в схеме параметрического стабилизатора.

5. Построение нагрузочной прямой стабилитрона.

1.3 Теоретический материал

Стабилитроны – это сильно легированные полупроводниковые диоды, чаще всего кремниевые, работающие в режиме лавинного пробоя. Они предназначены для стабилизации уровня напряжения в нелинейных цепях постоянного тока, так как напряжение на стабилитроне сохраняется с определенной точностью при изменении протекающего через него тока в заданном диапазоне. При использовании высоколегированного кремния (высокая концентрация примесей, а, следовательно, и свободных носителей заряда) напряжение стабилизации понижается, а с уменьшением степени легирования – повышается. Напряжение стабилизации лежит в диапазоне от 3 до 180 В. Стабилитроны в основном используют в параметрических стабилизаторах напряжения, в которых максимальное напряжение на нагрузке ограничено некоторой заданной величиной.

[pic 1]

Рисунок 1 – Схема параметрического стабилизатора

Параметрические стабилизаторы осуществляют стабилизацию напряжения за счет изменения параметров полупроводниковых приборов: стабисторов, стабилитронов, транзисторов и др. Изменяемым параметром полупроводниковых стабилизаторов напряжения является их сопротивление или проводимость.

Схема простейшего стабилизатора с использованием стабилитрона приведена на рисунке 1. Дополнительный резистор Rб является гасящим и одновременно задает рабочую точку. При изменении сопротивления нагрузки Rн или входного напряжения U падение напряжения на резисторе Rб происходит таким образом, что напряжение Uн = UCT на нагрузке RH остается практически постоянным. Отметим, что рабочий режим стабилитрона обеспечивается подачей на стабилитрон не прямого, а обратного напряжения.

Вольтамперная характеристика полупроводникового стабилитрона изображена на рисунке 2.

[pic 2]

Рисунок 2 - Вольтамперная характеристика стабилитрона

Рабочим участком ВАХ стабилитрона является участок обратной его ветви, соответствующий области электрического пробоя p-n-перехода и ограниченный минимальным Iст.min и максимальным Iст.max значениями тока. На характеристике точками А и В отмечены границы рабочего участка. Положение точки А соответствует напряжению пробоя p-n перехода, которое зависит от удельного сопротивления исходного материала. Точка В соответствует предельному режиму, в котором на стабилитроне рассеивается максимально допустимая мощность.

При работе в этой области обратное напряжение на стабилитроне Uст незначительно изменяется при относительно больших изменениях тока стабилитрона Iст.

Поэтому при изменении входного напряжения

U±ΔU=±Uб+Uст

Изменяется в основном напряжение ±Uб=Rб*I на балластном резисторе Rб, где входной ток i=Iст+Iн (Рисунок 1).

При прямом включении стабилитрон может рассматриваться как обычный диод. Некоторые приборы могут применяться в прямом включении, такие приборы называются стабисторами.

Основными параметрами стабилитрона являются: