Ім'я файлу: Методичні вказівки до лабораторної роботи Дослідження пробивних
Розширення: docx
Розмір: 802кб.
Дата: 15.11.2021
скачати
Пов'язані файли:
Документ.docx
Лекція ф-м. 3.docx
Розширення: docx
Розмір: 802кб.
Дата: 15.11.2021
скачати
Пов'язані файли:
Документ.docx
Лекція ф-м. 3.docx
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Кафедра електронних приладів
Методичні вказівки
до лабораторної роботи з курсу
«МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ МАТЕРІАЛІВ ТА МІКРОСТРУКТУР В ЕЛЕКТРОННІЙ ТЕХНІЦІ»
«Дослідження пробивних характеристик напівпровідникового p-n переходу»
для студентів спеціальності 8.05080201 «Електронні прилади та пристрої»
Затверджено на засіданні
кафедри:
«Електронні прилади»
Протокол № 1
Від 29.08.2014 р.
Львів 2014
Дослідження пробивних характеристик напівпровідникового p-n переходу: Методичні вказівки до лабораторної роботи з дисципліни “Методи дослідження матеріалів та мікроструктур в електронній техніці” для студентів спеціальності 6.050802 «Електронні пристрої та системи» Укладачі: З.Ю.Готра, П.Й.Стахіра, Л.Ю.Возняк – Львів: Видавництво НУ “Львівська політехніка”, 2014.– с.10
Укладачі:
З.Ю.Готра док. тех. наук, професор
П.Й.Стахіра док. тех. наук, професор
Л.Ю.Возняк к.т.н., асистент
Відповідальний за випуск:
З.М. Микитюк, док. фіз.-мат. наук, професор
Рецензент:
В.В.Черпак док. тех. наук
Мета роботи - дослідження вольт-амперних характеристик та визначення основних параметрів напівпровідникових стабілітронів - напівпровідникових діодів, що працюють при зворотній напрузі в області керованого (неруйнівного) електричного пробою, дослідження параметричної схеми стабілізатора напруги постійного струму на стабілітроні.
І. ЗАВДАННЯ ТА ПОСЛІДОВНІСТЬ ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1.1. Підготувати теоретичний матеріал з теми.
1.2. Виписати з довідника номінальні параметри стабілітронів, що досліджуються.
1.3. Зібрати електричну схему для дослідження вольт-амперної характеристики діодів (рис.1).
1.4. Зняти вольт-амперну характеристику стабілітрона
для обох полярностей напруги на діоді; результати занести в табл. 1.Таблиця 1
Залежність струму через стабілітрон від напруги
| I, A | | | | |
| U, B | | | | |
Застереження! Значення струму через стабілітрон не повинно перевищувати допустимі (номінальні) значення. Вимірювати вольт-амперну характеристику в ділянці різкою зростання струму доцільно, задаючи струм і вимірюючи напругу на діоді.
1.5. Повторити вимірювання згідно з п. 4 за температури Т=75°С. Вимірювання розпочати через 10 хв після підключення нагрівача.
1.6. Зібрати параметричну схему стабілізатора напруги (рис. 2).
 | |
| Рис. 1. Схема для вимірювання вольт-амперної характеристики стабілітрона | Рис. 2. Параметрична схема стабілізатора постійної напруги на стабілітроні |
1.7. Виміряти напругу на виході стабілізатора
від напруги на вході 
; результати вимірювань занести в табл. 2.Таблиця 2
Залежність вихідної напруги стабілізатора від напруги на вході
| | | | | | |
| | | | | | |
Вхідну напругу змінювати через 0.5 В. починаючи з
7 В і до 
(визначається через допустимий струм стабілітрона).1.8. Побудувати вольт-амперні характеристики стабілітрона для двох значень температури, визначити температурний коефіцієнт стабілізації стабілітрона при
=const і диференційний опір стабілітрона r.1.9. Побудувати графік залежності вихідної напруги параметричної схеми стабілізатора напруги від вхідної напруги і визначити коефіцієнт стабілізації стабілізатора.
2. КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
Вольт-амперна характеристика напівпровідникового діода є різко несиметричною (рис. 3). Опір діода для зворотного вмикання на кілька порядків перевищує опір діода для прямого вмикання, тому зворотний струм малий і майже не залежить від зворотної напруги. Однак при певній зворотній напрузі різко зростає зворотний струм - починається пробій р-n-переходу. В стабілітронах використовується електричний пробій - лавинний або тунельний. Він характеризується сталим значенням напруги на діоді при зміні струму в широкому діапазоні значень. Ця властивість дає змогу створювати на основі стабілітронів стабілізатори напруги в схемах живлення електронних пристроїв. Отже, напівпровідниковий стабілітрон - це напівпровідниковий діод, напруга на якому в ділянці електричного пробою слабко залежить віл струму. Напруга пробою діода є напругою стабілізації. Вона залежить від товщини p-n-перехолу, питомого опору бази діода, матеріалу напівпровідника. Тому різні типи стабілітронів мають різні напруги стабілізації
(від 3 до 400 В). Для низьковольтних стабілітронів (
6 В) використовують сильнолегований кремній і для p-n-переходу є характерним тунельний пробій. Високовольтні стабілітрони виготовляють на основі слабколегованого кремнію, для них є характерним лавинний пробій. Більшість стабілітронів працюють в режимі лавинного пробою, за якого зростання струму в ділянці пробою описується коефіцієнтом лавинного помноження М:
де
- показник степеня, який залежить від матеріалу бази. Для кремнію n=3.Якість стабілітрона, тобто його здатність стабілізувати напругу при зміні струму, характеризується диференційним опором
:
 | |
| Рис. 3 Вольт-амперні характеристика стабілітрона | Рис. 4. Компенсаційна схема стабілізатора напруги |
Чим менший опір
тим вища якість стабілітрона.Важливим параметром стабілітрона є температурний коефіцієнт напруги стабілізації
де
- відповідає зміні напруги стабілізації при зміні температури на Т для 
= const; 
- середнє значення напруги стабілізації.
може мати як додатний знак для високовольтних стабілітронів, так і від'ємний - для низьковольтних стабілітронів. Це зумовлено різним впливом температури на напругу лавинного або тунельного пробою. Діапазон струмів, за яких працює стабілітрон, вибирається із умови, щоб , був достатньо малим (для мін.), а потужність розсіяння не перевищувала допустиму.Стабілітрони характеризуються такими параметрами:
- напруга стабілізації
- значення напруги пробою за номінального значення зворотного струму;- номінальний струм стабілізації
- мінімальний струм стабілізації
;- диференційний опір
;- температурний коефіцієнт стабілізації
;- граничні експлуатаційні режими, до яких належить діапазон робочих температур, максимальна допустима потужність, максимальний струм стабілізації.
Параметри деяких стабілітронів наведені в табл.3.
Таблиця 3
Параметри стабілітронів
| | , В | , мА |  0С |
| Д808 Д809 Д810 Д811 Д812 | 7 – 8,5 8,8 – 9 9 – 10,5 10 – 12 11,5 – 14 | 33 29 26 23 20 | 7 8 9 9,5 9,5 |
Схеми стабілізаторів напруги постійного струму на основі напівпровідникових стабілітронів розподіляються на параметричні та компенсаційні. В параметричній схемі стабілізатора (рис. 2) стабілітрон під'єднується паралельно до опору навантаження
. При зростанні вхідної напруги різко падає опір стабілітрона, зростає струм через стабілітрон і баластний опір 
. В результаті зміна вхідної напруги постійно "гаситься" баластним опором і на виході підтримується постійна напруга. Подібна картина спостерігається і при зміні навантаження.Зміна струму через
приводить до зміни опору стабілітрона в такий спосіб, що значення не змінюється. В цьому разі струм перерозподіляється між стабілітроном і навантаженням при постійній величині повного струму 
.У компенсаційних схемах стабілізаторів (рис 4) стабілітрон формує опорну напругу, яка використовується для визначення відхилення вихідної напруги від заданої. Сигнал різниці між ними подається на виконавчий елемент, що підтримує постійну вихідну напругу. Схема містить виконавчий елемент - транзистор Т1, стабілітрон Д як джерело опорної напруги, транзистор Т2 як чутливий елемент для порівняння вихідної і опорної напруг. При зростанні
збільшуються струми бази і колектора транзистора Т2 і зменшується струм бази транзистора Т1. В результаті зменшується струм колектора Т1, який є ввімкнутий послідовно з навантаженням . Тому струм через зменшується до значення, що забезпечує =const.Важливим показником, що характеризує роботу стабілізатора є коефіцієнт стабілізації. Він показує, в скільки разів відносна зміна напруги на вході стабілізатора більша від відносної зміни напруги на виході:
де
- напруга на вході і на виході; 
; 
– зміни напруги на вході і виході.Для параметричної схеми стабілізаторів, що працюють в номінальному режимі, коефіцієнт стабілізації може бути визначеним за формулою:
де
- баластний опір; - диференційний опір стабілітрона; 
- коефіцієнт передачі за напругою при номінальному режимі.Звідси зрозуміло, що чим більше
і менше . тим більший 
. Проте вибір великих значень , призводить до зменшення потужності навантаження. Для параметричної схеми стабілізатора напруги =20—40.3. ЗМІСТ ЗВІТУ
1. Паспортні дані стабілітронів, що досліджуються.
2. Схеми експериментів.
3. Результати вимірювань (подаються в таблицях).
4. Графічні залежності.
5. Результати розрахунків.
6. Висновки.
4. КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Яке явище використовується в роботі стабілітрона?
2. Вольт-амперна характеристика стабілітрона.
3. Основні експлуатаційні характеристики стабілітронів.
4.В яких пристроях використовується стабілітрон?
5. Чому температурний коефіцієнт напруги стабілізації може змінювати знак?
6. В чому полягає різниця між параметричними і компенсаційними схемами стабілізаторів напруги?
7 Що означає коефіцієнт стабілізації стабілізатора?
РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА.
Готра З.Ю. Технологія електронної техніки: Навчальний посібник: у 2 т. - Т.2./ З.Ю. Готра: - Львів: Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2010. – 884 с.
З.Ю. Готра, І.Є. Лопатинський, Б.А. Лукіянець, З.М. Микитюк, І.В. Петрович Фізичні основи електронної техніки: Підручник /; за ред. З.Ю. Готри. - Львів: Видавництво "Бескид Біт", 2004. - 880 с.
Теплові процеси в електроніці / Ю.Я. Бобало, В. Вуйцік, З.Ю. Готра, Т. Голець, В. Каліта, В.І. Лозбін, І.С. Романюк; за ред. З.Ю. Готри. – Львів: Ліга-Прес, 2007. – 320 с. (монографія)