LABORATORIUM ELEKTRONIKI

Transkrypt

1 LABOATOIUM ELEKTONIKI ĆWICENIE 2 DIODY STABILIACYJNE K A T E D A S Y S T E M Ó W M I K O E L E K T O N I C N Y C H

2 21 CEL ĆWICENIA Celem ćwiczenia jest paktyczne zapoznanie się z chaakteystykami statycznymi oaz waŝniejszymi paametami technicznymi diod stabilizacyjnych Są to diody kzemowe pzeznaczone min do zastosowań w układach stabilizacji oganicznikach napięć i układach zabezpieczających pzed pzepięciami uŝywane są teŝ jako źódła napięć odniesienia Jako pzykład zastosowania diody stabilizacyjnej w ćwiczeniu badany jest posty układ stabilizatoa napięcia 22 WPOWADENIE Typowy obsza pacy diod stabilizacyjnych to zapoowa polayzacja w zakesie pzebicia tj w obszaze gdzie obsewuje się gwałtowny wzost pądu diody pzy niewielkim wzoście napięcia (patz ys 1) ozóŝnia się dwa zasadnicze mechanizmy pzebicia złącza pzebicie enea i pzebicie lawinowe Chaakteystyczne óŝnice we właściwościach diod stabilizacyjnych związane z mechanizmem pzebicia to watość napięcia stabilizacji U oaz tempeatuowego współczynnika względnych zmian napięcia stabilizacji α U Diody w któych występuje pzebicie enea chaakteyzują się małymi poniŝej 5V watościami napięcia stabilizacji oaz ujemną watością α U ( U maleje waz ze wzostem tempeatuy) Pzy lawinowym pzebiciu diody obsewuje się watości napięć U powyŝej 7V oaz dodatnią watość α U ( U ośnie waz ze wzostem tempeatuy) W diodach o napięciach stabilizacji 5V < U < 7V ównocześnie występują oba mechanizmy pzebicia w związku z czym chaakteyzują się one małą watością α U (napięcie stabilizacji U w nieznacznym stopniu zaleŝy od zmian tempeatuy) b) I U i U u = u/ i ys 1 Chaakteystyka statyczna diody stabilizacyjnej a) zeczywista b) jej apoksymacja odcinkowo-liniowa 2

3 W katalogach podawane są pzewaŝnie watości następujących paametów chaakteystycznych: napięcie pzewodzenia U F pzy okeślonym pądzie pzewodzenia I F pąd wsteczny I pzy okeślonym napięciu wstecznym U U napięcie stabilizacji U okeślone pzy danym pądzie I tempeatuowy współczynnik zmian napięcia stabilizacji wyaŝany w 1/ C % / C okeślony pzy danym pądzie I : α U 1 du = U dt I = const ezystancja óŝniczkowa (dynamiczna) pzy danym pądzie I : NajwaŜniejszymi paametami dopuszczalnymi diod stabilizacyjnych są: lub U = I I = const maksymalna moc stat P max oaz maksymalna tempeatua złącza T j max maksymalny stały pąd pzewodzenia I F max zakes zmian tempeatu otoczenia w któym dioda moŝe pacować i być pzechowywana najomość paametów P max oaz U umoŝliwia wyznaczenie maksymalnego Pmax dopuszczalnego pądu stabilizacji I max = U u ezystancja dynamiczna I U w i wybanym punkcie zakesu oboczego Im mniejsza watość pzebiega chaakteystyka I ( U ) Watość ezystancji konstukcyjno-technologicznych diody = okeśla nachylenie chaakteystyki ( ) tym badziej stomo jest zaleŝna od czynników Najpostszy układ stabilizatoa napięcia z wykozystaniem diody stabilizacyjnej pzedstawiono na ys 2a W układzie tym stabilizato twozą ezysto waz z diodą stabilizacyjną D b Dioda D b stabilizuje napięcie wyjściowe u a więc znacznie zmniejsza zaleŝność zmian napięcia u od zmian napięcia wejściowego u 1 oaz ezystancji obciąŝenia (lub pądu obciąŝenia i ) i (t) u U D b u U ys 2 Posty układ stabilizatoa napięcia a) i jego chaakteystyka pzejściowa b) 3

4 Do analizy i pojektowania takiego stabilizatoa konieczne jest uwzględnienie pzewidywanego zakesu zmian napięcia zasilającego u 1 zmian pądu obciąŝenia i jak teŝ potzebna jest znajomość paametów diody: U P max aówno pzy pojektowaniu jak i analizie właściwości zasilacza wygodnie jest wykozystać odcinkowo-liniową apoksymację chaakteystyki statycznej diody stabilizacyjnej pzedstawioną na ys 1b Na ys 3 pzedstawiono schematy zastępcze stabilizatoa napięcia dla napięć wejściowych mniejszych od napięcia stabilizacji U (ys 3a) oaz dla napięć wejściowych większych od napięcia stabilizacji U (ys 3b) W piewszym pzypadku moŝna pzyjąć Ŝe dioda stabilizacyjna stanowi ozwacie w dugim natomiast dioda stanowi szeegowe połączenie źódła napięciowego o wydajności U i ezystancji ównej ezystancji dynamicznej diody i 1(t) ii (t) i (t) u u U i(t) ys 3 Schematy zastępcze stabilizatoa napięcia dla a) u1 < U b) u1 > U Na chaakteystyce pzejściowej stabilizatoa U ( U 1) pzedstawionej na ys 2b moŝna wyóŝnić dwa pzedziały: a) u1 < U napięcie wyjściowe stabilizatoa moŝna obliczyć z dzielnika napięciowego: u = u1 + b) u1 > U zaniedbując ezystancję dynamiczną diody moŝna pzyjąć Ŝe u1 = U W zeczywistości dla zakesu napięć u1 > U występuje pewnie niewielkie nachylenie związane z niezeową watością ezystancji dynamicznej diody (patz ys 3b): u u1 + U = + + do u1 = U 23 ADANIA 231 adania do wykonania w laboatoium jeśli moŝna pzyjąć Ŝe wówczas zaleŝność upaszcza się 1 Na tablicy montaŝowej TM2 zmontować układ z ys 4 do obsewacji oscyloskopowej chaakteystyk statycznych I ( U ) diod stabilizacyjnych Obejzeć i pzeysować z ekanu oscyloskopu chaakteystyki wszystkich badanych diod Układ zasilać napięciem zmiennym 12V sk 4

5 Opisać dokładnie oscylogam anotować nastawy oscyloskopu (VOLTS/DIV) obu ma natomiast oś kanałów Oś pądu I (oś Y) naleŝy wyskalować w miliampeach [ ] napięcia U (oś X) naleŝy wyskalować w woltach [ V ] NaleŜy pamiętać Ŝe pąd diody odczytywany jest jako napięcie na ezystoze 2 któego ezystancja wynosi 1Ω atem watość pądu diody ówna jest co do watości napięciu na ezystoze 2 np jeśli nastawa oscyloskopu w kanale Y VOLTS/DIV= 5mV wówczas na oscylogamie naleŝy pzyjąć jednostkę 5mA 12 Vsk B 6 A B 6 A Db k 2 1 OS-9SS TM 2 3 Y X 2 21 ys 4 Układ do obsewacji oscyloskopowej chaakteystyki i ( u ) 2 Na tablicy montaŝowej zmontować układ z ys 5 do pomiau chaakteystyk statycznych metodą punkt po punkcie Układ zasilać napięciem stałym + 24V miezyć chaakteystykę ( ) I U diody BP683 C4V7 +24 V Metex A 51 Db N I max =1mA 21 2 TM 1 ys 5 Układ do pomiau chaakteystyki ( ) I Metex V U I U diody stabilizacyjnej 5k1 3 montować układ postego stabilizatoa napięcia: w układzie z ys 5 dołączyć ównolegle do diody stabilizacyjnej ezystancję = 51 kω miezyć chaakteystykę pzejściową stabilizatoa U ( U 1) 5

6 232 adania do wykonania w domu 1 Wykeślić chaakteystykę statyczną diody BP683 C4V7 Na podstawie wykesu okeślić paamety odcinkowo-liniowej apoksymacji diody: napięcie stabilizacji U oaz ezystancję dynamiczną Watość napięcia stabilizacji U naleŝy okeślić jako punkt pzecięcia stycznej popowadzonej do wykesu z osią napięcia Natomiast watość U ezystancji dynamicznej naleŝy okeślić jako stosunek = (patz ys 1b) I I W tym celu naleŝy 2 Dla diody BP683 C4V7 obliczyć i wykeślić zaleŝność ( ) obliczyć metodą siecznych watość ezystancji dynamicznej w kolejnych punktach pomiaowych i = 12 N 1 gdzie N oznacza liczbę punktów pomiaowych i i U i = U = U i U i+ 1 I i = I i I i+ 1 (1) i I i 3 Wykeślić zmiezoną chaakteystykę stabilizatoa u ( u 1) Ponadto wykeślić teoetyczną chaakteystykę stabilizatoa (patz ys 2 i 3) Skomentować zaobsewowane ozbieŝności pomiędzy teoetyczną i pomiezoną chaakteystyką stabilizatoa 24 WYPOSAśENIE STANOWISKA LABOATOYJNEGO 1 Napięcia zasilające: stałe + 24V zmienne ~ 12V sk 2 Układy laboatoyjne i podzespoły: tablica montaŝowa TM1 z modułem egulowanego źódła napięcia N tablica montaŝowa TM2 zespół badanych diod stabilizacyjnych zmontowanych na płytce PE6 ys 6 ezystoy wymienne o ezystancjach: = 1Ω 51Ω 1kΩ 51kΩ zwoa 1 na łączówce D1 D2 PE 6 D3 D4 D1 BP683 C3V3 D2 BP683 C4V7 D3 BP683 C8V2 D4 BP683 C12 ys 5 Płytka PE6 z badanymi diodami stabilizacyjnymi 25 LITEATUA 1 Polowczyk M Klugmann E: Pzyządy półpzewodnikowe Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej 21 (Temat 52) 2 Stepowicz W J: Elementy półpzewodnikowe WAM Gdynia 22 (ozdz 292) 3 Maciniak W: Pzyządy półpzewodnikowe i układy scalone Waszawa: WNT 1987 (ozdz i 43) 6