Мета роботи. Мета роботи – вивчення устрою та принципу дії напівпровідникових випрямного діода, опорного діода (стабілітрона) та діодного тиристора (диністора)

Мета роботи – вивчення устрою та принципу дії напівпровідникових випрямного діода, опорного діода (стабілітрона) та діодного тиристора (диністора), а також експериментальне дослідження вольт-амперних характеристик (ВАХ) цих приладів. Зразки їх ВАХ є на рис. 7.2, 7.3 і 7.4, відповідно.

7.2. Об’єкт досліджень

Електричну схему експерименту подано на рис. 7.1. Випрямний діод VD1, стабілітрон VD2 та диністор VS1, які є двоелектродними напівпровідниковими приладами, зображені, відповідно, на рис. 7.1,а,б,в; схема живлення та вимірювання – на рис. 7.1,г.

а б в г

Рисунок 7.1

Блок живлення (БЖ) забезпечує регулювальну постійну напругу 15 В (а якщо потрібно, й 30 В), яка вимірюється вольтметром PV1 цього блоку. Регулювати напругу можна також за допомогою змінного резистора R1 (він має опір 2,2 кОм), який включено за схемою потенціометра. Для обмеження струму використовується баластний резистор R2 (300 Ом). Міліамперметр PA1 та вольтметр PV2 застосовуються для вимірювання струму та напруги, які діють на прилади, що вивчаються. Прилади мають бути по черзі підключеними до гнізд XS1 та XS2 за допомогою відповідних штирів XP1–XP6.

Кожний прилад треба підключати два рази: перший – в прямому напрямі, як зображено на рис. 7.1, другий – у зворотному напрямі (для цього достатньо перевернути даний прилад, тобто поміняти місцями його штирі).

До початку роботи треба визначити типи приладів, що досліджуються, та внести у табл.7.1, 7.2 та 7.3 значення їх головних параметрів. У цих таблицях для прикладу подано параметри імовірних типів приладів.

Таблиця 7.1

Таблиця 7.2

Таблиця 7.3

7.3. Порядок виконання експериментів

До початку монтажу схеми треба підключити лабораторний стенд до мережі, увімкнути тумблер “мережа-ввімк.” і виставити мінімальне значення напруги блоку живлення по вольтметру стенда PV1. Вимкнути тумблер. Провести монтаж схеми згідно з рис. 7.1,г і виставити мінімальне значення напруги на виході потенціометра R1 по вольтметру PV2.

7.3.1. Дослідження випрямного діода

Підключити випрямний діод VD1 у прямому напряму (рис. 7.1,а,г).

Змінюючи струм від нуля до максимально допустимого значення за допомогою потенціометра R1 та регулятора блоку живлення БЖ, зняти пряму гілку ВАХ діода I_пр(U_пр) (7-8 точок). Значення струму I_пр та напруги U_пр занести у табл.7.4.

Зразок ВАХ випрямного діода є на рис. 7.2.

Рисунок 7.2

Рисунок 7.3

Таблиця 7.4

Вимкнути напругу та здійснити зворотне вмикання діода. Провести зняття зворотної гілки ВАХ I_зв(U_зв), змінюючи напругу від нуля до максимально можливого значення (достатньо 3-4 точок). Результати вимірювань внести у табл.7.4.

7.3.2. Дослідження стабілітрона

Замість випрямного діода підключити у схему стабілітрон VD2 (рис.7.1,б,г).

При цьому експерименті треба брати до уваги, що на зворотній гілці вольт-амперної характеристики раптово виникає і швидко зростає струм стабілізації, тоді як напруга змінюється дуже повільно (робоча частина ВАХ стабілітрона).

Зразок ВАХ стабілітрона є на рис. 7.3.

Провести зняття ВАХ стабілітрона тим же способом, що і для випрямного діода, але при зворотному вмиканні вже треба зняти 6-7 точок. Результати занести у табл.7.5

Таблиця 7.5

7.3.3. Дослідження диністора

Експериментальне дослідження диністора проводиться за схемою, що зображена на рис. 7.1,в,г, додержуючись такого порядку.

Провести зняття прямої гілки ВАХ диністора I_пр(U_пр). Для цього, збільшуючи напругу від нуля за допомогою потенціометра R1, треба визначити напругу U_ввімк та струм I_ввімк ввімкнення диністора та занести результати у табл.7.6.

Таблиця 7.6

Рисунок 7.4

Далі, повернувшись до нульового значення напруги і змінюючи її від нуля до U_ввімк, зняти три точки характеристики, та занести ці дані в ту ж таблицю. Зафіксувати значення напруги U_відкр та струму I_відкр у відкритому стані диністора і далі зняти ще три точки, піднявши струм до максимально можливого значення для цього диністора I_{відкр max}. Зменшуючи струм від максимального значення, визначити струм утримання I_утр, та відповідну напругу утримання U_утр. Занести ці виміри у табл.7.6.

Провести зняття зворотної гілки ВАХ I_зв(U_зв), змінюючи напругу від нуля до максимально можливого значення (достатньо трьох точок). Результати вимірювань внести також у табл.7.6.

Зразок ВАХ диністора є на рис. 7.4.

7.4. Обробка та аналіз результатів

За даними, що містяться у табл.7.4, 7.5 та 7.6, побудувати ВАХ випрямного діода, стабілітрона та диністора.

З використанням цих характеристик вирахувати статичні опори випрямного діода, стабілітрона та диністора на відповідних ділянках ВАХ:

1) прямий при найбільшому значенні струму

;

2) зворотний при найбільшому значенню напруги

.

Пояснити, у чому причина різниці між значеннями прямого та зворотного опорів приладів.

Використовуючи вольт-амперну характеристику стабілітрона, вирахувати диференційний опір на частині стабілізації його ВАХ

.

Вирахувати диференційний опір диністора у закритому стані на частині ВАХ до U_ввімк та на частині з нестійким режимом роботи від I_ввімк до I_відкр.

К о н т р о л ь н і з а п и т а н н я

1. Пояснити структуру p-n переходу діода.

2. Що таке пряме і зворотне вмикання p-n переходу?

3. Які фізичні процеси відбуваються в p-n переході при його прямому та зворотному вмиканнях?

4. Які типи пробоїв можуть відбутися в p-n переході, за яких умов і які їх наслідки?

5. Пояснити феномен ємності p-n переходу.

6. Пояснити конструкцію, принцип дії та призначення випрямного діода, стабілітрона та диністора.

7. Зобразити ВАХ випрямного діода, стабілітрона і диністора та пояснити їх особливості.

8. Що таке статичний та диференційний опори діодів та диністора?

Л а б о р а т о р н а р о б о т а 8

ДОСЛІДЖЕННЯ ОДНОФАЗНИХ ВИПРЯМЛЯЧІВ