Дослідження стабілітронів і стабісторів

Мета роботи: дослідити вольт-амперні характеристики стабілітронів і

стабісторів, визначити їх параметри по характеристикам.

2.1. Короткі теоретичні відомості

Стабілітроном називається напівпровідниковий діод, який використовується для стабілізації напруги. Стабілітрон підключається до джерела напруги в зворотному напрямі.

Ввімкнений в зворотному напрямку p–n перехід має великий опір, через це практично вся напруга, подана на пристрій, і вся потужність, яка виділяється в пристрої, зосереджуються в межах тонкого шару p–n переходу. В результаті може виникнути тепловий або електричний пробій.

В p–n переходах, виконаних з напівпровідникового матеріалу з меншою шириною забороненої зони тепловий пробій настає раніше електричного. У германія еВ, у кремнію еВ, отже, в германієвих пристроях більш вірогідний тепловий пробій p–n переходу.

В стабілітронах використовуються процеси множення носіїв струму, які передують електричному пробою, через це стабілітрони виготовляються виключно із кремнію.

Розрізняють два види множення носіїв струму в p–n переході: лавинний і тунельний.

Лавинне множення характерне для переходів, виконаних із високоомних матеріалів. В цьому випадку збіднілий шар p–n переходу відносно широкий, і носії заряду, потрапляючи в цей шар, встигають розігнатись до великих швидкостей, що є достатніми для іонізації нейтральних атомів напівпровідника і генерації допоміжних носіїв струму.

Процес ударної іонізації характеризуються коефіцієнтом лавинного множення

,

де , – число відповідно генерованих в переході носіїв, і носіїв, підведених

до переходу.

Коефіцієнт лавинного множення

,

де U – напруга на переході;

– напруга лавинного пробою;

=3 – для кремнієвих стабілітронів.

На базі лавинного пробою при різних концентраціях носіїв у вихідних матеріалах, можна виготовляти стабілітрони на різні напруги від 5 до 400 В і вище. В низьковольтних стабілітронах переважає тунельний механізм проходження струму.

Тунельний механізм розвивається, якщо напруженість електричного поля в p–n переході досягає приблизно В/см. Така напруженість можлива при дуже великих концентраціях домішків в p i n – областях напівпровідникового діода, коли товщина переходу дуже мала (порядку 0, 01мкм). Вольт-амперні характеристики стабілітронів показані на рисунку 2.1, де 1 – лавинне множення, 2 – тунельний ефект. Робоча ділянка – АБ.

Рис. 2.1.

У стабісторів робочою ділянкою слугує частина прямої вітки вольт-амперної характеристики.

Основні параметри стабілітронів і стабісторів:

- напруга стабілізації , В;

- струм стабілізації , А;

- диференціальний опір в робочій точці, Ом:

- опір постійному струмові в робочій точці, Ом:

;

- температурний коефіцієнт напруги стабілізації, :

.

2.2. Опис лабораторної установки

Робота проводиться на універсальному стенді 87Л-01 (схема №1). Досліджувані елементи – стабілітрони Д814А, КС133А, стабістор КС107А.

2.3. Програма роботи

1. Вивчити особливості пристроїв, вживаних при дослідженні стабілітрона і стабістора (джерело живлення ГН2, вимірювальні пристрої АВМ1, АВМ2). Навчитись правильно збирати схему для дослідження стабілітрона та стабістора.

2. Зняти вольт – амперні характеристики стабілітронів Д814, КС133А; стабістора КС107А, побудувати характеристики за даними досліду.

3. Розрахувати параметри стабілітронів.

4. Скласти звіт.

2.4. Порядок виконання роботи

1. Зібрати схему для дослідження вольт – амперної характеристики стабілітрона при подачі зворотної напруги на його p–n перехід (рис. 2.2.1), та стабістор при подачі прямої напруги на його p–n перехід (рис. 2.2.2).

Рис. 2.2.1

Рис. 2.2.1

При цьому пристрій РА2 () з’єднати з виходами міліамперметра АВМ1, а PV1 – з виходами АВМ2. В гніздо V1 вставити стабілітрон Д814А, полярністю показаною на схемі (в зворотному включенні).

Встановити ручки потенціометрів „Грубо” і „Точно” генератора струму в початкове (ліве) положення.

2. Ввімкнути живлення стенда.

3. Зняти зворотну вітку вольт – амперної характеристики стабілітрона Д814. при цьому струм через стабілітрон контролювати по міліамперметру РА1, а напругу по вольтметру PV1 – АВМ2. Дані занести до таблиці 2.1. Струм через стабілітрон, від 0 до 10 мА, встановлювати потенціометрами „Грубо” і „Точно” генератора струму (ГС) на панелі джерел живлення стенда.

Таблиця 2.1

, мА		0, 1	0, 2	0, 4	0, 6	0, 8
, В

4. Встановити ручки потенціометрів „Грубо” і „Точно” джерела живлення ГС в початкове (крайнє ліве) положення.

5. Зняти стабілітрон Д814А, в гнізда V1 вставити стабілітрон КС133А. Повторити дії, вказані в п.4.

6. Встановити ручки потенціометрів „Грубо” і „Точно” джерела живлення ГС в початкове положення.

7. Зняти стабілітрон КС133А, в гнізда V1 вставити стабістор КС107А, в прямому включенні. Повторити дії, вказані в п.4.

8. Вимкнути живлення стенда. Розібрати схему для дослідження стабілітронів і стабісторів.

9. За даними досліду на одному графіку побудувати вольт – амперні характеристики стабілітронів Д814А і КС133А та стабістора КС107А.

10. Визначити параметри і за даними таблиць або за допомогою графіка.

ХІД РОБОТИ

1. Схема для дослідження вольт-амперної характеристики стабілітрона при подачі зворотної напруги на його p–n перехід (рисунок 2.2.1)

Рисунок 2.1

Стабілітрон Д814А Таблиця 2.1

, мА		0, 1	0, 2	0, 4	0, 6	0, 8
, В	1, 7	7, 96	7, 97	7, 97	7, 97	7, 98	7, 98	7, 99				8, 1	8, 02	8, 03

2. Знімаємо стабілітрон Д814А, в гнізда V1 встановлюємо стабілітрон КС133А. Повторюємо дії, вказані в п.4. Дані заносимо до таблиці 2.2.

Стабілітрон КС133А Таблиця 2.2

, мА		0, 1	0, 2	0, 4	0, 6	0, 8
, В	0, 3	2, 03	2, 25	2, 48	2, 61	2, 72	2, 8	3, 06	3, 22	3, 33	3, 41	3, 48	3, 59	3, 74

3. Встановлюємо ручки потенціометрів „Грубо” і „Точно” джерела живлення ГС в початкове положення.

4. Знімаємо стабілітрон КС133А, в гнізда V1 вставлюємо стабістор КС107А, в прямому включенні. Повторюємо дії, вказані в п.4.

Схема для дослідження вольт-амперної характеристики стабістора при подачі прямої напруги на його р-п перехід

Рис. 2.2

Стабістор КС107А Таблиця 2.2

, мА		0, 1	0, 2	0, 4	0, 6	0, 8
, В		0, 61	0, 63	0, 65	0, 66	0, 66	0, 67	0, 69	0, 7	0, 71	0, 71	0, 72	0, 73	0, 74

Визначаємо параметри:

1) для стабілітрона Д814А

- диференціальний опір в робочій точці, Ом:

- опір постійному струмові в робочій точці, Ом:

;

2) для стабілітрона КС133А

- диференціальний опір в робочій точці, Ом:

- опір постійному струмові в робочій точці, Ом:

;

3) для стабістора КС107А

- диференціальний опір в робочій точці, Ом:

- опір постійному струмові в робочій точці, Ом:

Рисунок 2.3. ВАХ Д814А, КС133А

Рисунок 2.4. ВАХ КС107А

Висновок: дослідили вольт - амперні характеристики стабілітронів і

стабісторів, визначили їх параметри по характеристикам.