Дон ГТУ
Лабораторна робота № 1
АКГ
АУТПТЕК
Мета роботи: вивчення принципу дії стабілітрона, освоєння методики розрахунку схеми параметричного стабілізатора напруги.
1 КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
1.1 Кремнієві стабілітрони
Стабилитрон - напівпровідниковий діод, напруга на якому в області електричного пробою при зворотному змішанні слабо залежить від струму в заданому його діапазоні. Стабілітрони призначені для стабілізації напруги.
У напівпровідникових стабілітронах використовується властивість незначної зміни зворотної напруги на р-n - переході при електричному (лавинному або тунельному) пробої рис. 1.1. Це пов'язано з тим, що невелике збільшення напруги на р-n - перехід в режимі електричного пробою викликає більш інтенсивну генерацію носіїв заряду і збільшення зворотного струму. Ділянка 1-2 рис. 1.1 є робочим ділянкою вольтамперной характеристики.
Малюнок 1.1 - Вольтамперна характеристика напівпровідникового стабілітрона.
Основним параметром стабілітрона є напруга стабілізації Ucт, що дорівнює напрузі пробою. Шкала напружень біля промислових стабілітронів лежить в межах 3-180 В.
Точка 1 на характеристиці відповідає мінімальному струму стабілітрона 1ст.min, при якому настає пробій. Точці 2 відповідає максимальний струм стабілітрона Iст.max, досягнення якого ще не загрожує тепловим пробоєм р-n-переходу. Iст.max обмежується величиною максимальної потужності розсіювання Рmax.
Параметром, що характеризує нахил робочої ділянки характеристики, є динамічний опір стабілітрона Показником залежності напруги стабілізації від температури служить температурний коефіцієнт напруги стабілізації (ТКН) Він визначає зміна напруги стабілізації при зміна температури навколишнього середовища на 1 ° С, виражене у відсотках. Для кремнієвих стабілітронів ТКН може бути позитивним і негативним. При тунельному характері пробою ТКН має позитивний знак, а при лавинному - негативний знак. Для зменшення ТКН послідовно зі стабілітроном включають напівпровідникові діоди, мають протилежний знак ТКН.
Напівпровідникові стабілітрони застосовуються в основному в стабілізаторах напруги.
1.2 Параметричні стабілізатори напруги
Існують два типи стабілізаторів напруги: параметричні та компенсаційні. У параметричних стабілізаторах використовується сталість напруги стабілітрона при зміні протікає по ньому струму. Схема параметричного стабілізатора приведена на рис. 1.2 Вона складається з баластного резистора RБ і стабілітрона VD. Навантаження підключається паралельно стабілітрону.
Дестабілізуючими чинниками схеми є зміни напруги джерела живлення Е зміни опору Rн (струму IН) навантаження.
Наведемо основні співвідношення, необхідні для розрахунку параметрів стабілізатора.
Головним при розрахунку стабілізатора є вибір типу стабілітрона на напругу навантаження Ucт = Uн і забезпечення умов його роботи, при яких змінюється в процесі роботи струм стабілітрона Iст не виходив би за межі робочої ділянки, тобто не був менше Icт.min і більше Iст . мах рис. 1.1.
Основні співвідношення струмів і напруг повзаємо, скориставшись першим і другим законом Кірхгофа:
(1.1)
(1.2)
де
З цих співвідношень струм стабілітрона визначається виразом:
Напруга Uн, визначається напругою Ucт, змінюється незначно, у зв'язку з чим його можна вважати незмінним. Тоді при зміні струму навантаження (опору Rn) і напруги Е струм Iст буде змінюватися від деякого мінімального до максимального значення. Мінімального значення струму стабілітрона буде відповідати мінімальні значення Еmax і Rmin, а максимального значення струму стабілітрона - максимальні значення Емах і Rmax. Розрахунок стабілізатора зводиться до того, щоб вибрати величину опору RБ, при якій через стабілітрон протікав би струм Ict.min. відповідний початку його робочої характеристики. Баластове опір визначається виразом
(1.4)
Струм , Що протікає через стабілітрон в процесі роботи схеми, враховують вибором типу приладу по струму, виходячи з того, щоб цей струм не перевищував максимально допустимого значення, вказаного в довіднику. Максимальні потужності, що розсіюється на стабілітроні і резистори RE, розраховують за формулами
(1.5)
(1.6)
Показником якості стабілізації напруги служить коефіцієнт стабілізації Кет, що показує у скільки разів відносне збільшення напруги на виході стабілізатора менше викликав його відносного збільшення напруги на вході:
(1.7)
З урахуванням того, що Rн>> rд і RБ>> rд, вираз для коефіцієнта стабілізації запишемо у вигляді вихідний опір параметричного стабілізатора Rвіх = rд.