Gdynia 01-02-2013

Robert Kondratjew

Piotr Mazur

ĆWICZENIE 2

DIODY STABILIZACYJNE

1. CEL I PRZEDMIOT ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z charakterystykami statycznymi i parametrami

diod stabilizacyjnych (Zenera) oraz zbadanie własności prostego układu stabilizatora napięcia
zbudowanego z wykorzystaniem diody stabilizacyjnej. Przedmiotem ćwiczenia są krzemowe
diody stabilizacyjne o równych wartościach napięcia stabilizacji.

3. ZADANIA

3.1. ZADANIA DO WYKONANIA W LABORATORIUM

Pomiary charakterystyk statycznych diod stabilizacyjnych można przeprowadzić w

układzie, którego schemat ideowy pokazano na rys.2.2. Wówczas rezystor R

1

pełni rolę

rezystora zabezpieczającego diodę przed uszkodzeniem. Przy pomiarze tych charakterystyk
należy odłączyć rezystor R

0

(dekada rezystancyjna).

Rys.2.2. Prosty układ stabilizatora napięcia badany w ćwiczeniu.

3.1.1. W układzie z rys.2.2 zmierzyć charakterystyki statyczne i(u) dwóch diod
stabilizacyjnych spolaryzowanych zaporowo ze szczególnym uwzględnieniem zakresu
przebicia.
3.1.2. Zmierzyć charakterystyki statyczne u

WY

(u

WE

) stabilizatorów napięcia z rys.2.2 ze

zmierzonymi uprzednio dwiema diodami stabilizacyjnymi. Przyjąć wartości R

1

= 300 Ω, R

O

=

1 k Ω oraz zakres zmian u

WE

= 0 - 16 V. Następnie należy zmierzyć dla obu stabilizatorów

charakterystyki u

WY

(R

O

) dla wartości R

1

= 300 Ω, U

WE

= 16 V, przyjąć zakres zmian

rezystancji obciążenia R

O

od zwarcia (R

0

= 0) do rozwarcia.

3.2. ZADANIA DO WYKONANIA W DOMU
3.2.1. Wykreślić na wspólnym wykresie zmierzone w punkcie 3.1.1 charakterystyki statyczne
i(u) diod stabilizacyjnych. Wyznaczyć graficznie wartości parametrów U

ZO

oraz r

Z

modelu

statycznego tych diod, danego wzorem (2.1).

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

0

2

4

6

8

10

u[V]

i[m

A

]

D1

D2

W celu wyznaczenia r

z

korzystamy z zależności:

i

u

r

Z







DIODA 1

u



: 5,18 – 4,86 = 0,32 [V]

i



: 35,3 – 7,07 = 28,23 [mA]

i

u

r

Z







=11,34

]

[

DIODA 2

u



: 7,74 – 7,45 = 0,29 [V]

i



: 26,9 – 0,492 = 26,41 [mA]

i

u

r

Z







=10,98

]

[

3.2.2. Wykreślić zmierzone charakterystyki statyczne stabilizatorów u

WY

(u

WE

), a następnie

znając wyznaczone w poprzednim punkcie wartości parametrów modelu statycznego użytych
diod, obliczy na podstawie wzoru (2.4) te charakterystyki i wyniki obliczeń nanieść na
wykresy zawierające wyniki pomiarów. Krótko skomentować istotne różnice między
wynikami pomiarów i obliczeń.
W celu obliczenia charakterystyk statycznych należało skorzystać z zależności:

1

1

R

R

U

U

)

(U

U

1

z

1

zo

we

we

wy

z

o

R

R

R

R











Charakterystyki statyczne

u

wy

(

u

we

) dla diody 1:

0

1

2

3

4

5

6

0

5

10

15

20

Uw e[V]

U

w

y

[V

]

Pomierzone

Policzone

Charakterystyki statyczne

u

wy

(

u

we

) dla diody 2:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

5

10

15

20

Uwe[V]

U

w

y

[V

]

Pomierzone

Policzone

3.2.3. Powtórzyć zadanie z punktu 3.2.2. dla zmierzonych i obliczonych charakterystyk
u

WY

(R

0

) stabilizatorów.

Charakterystyka statyczna

u

wy

(R

o

)

diody 1:

0

1

2

3

4

5

6

0

200

400

600

800

1000

1200

Ro[Ω]

U

w

y

[V

]

Pomierzone

Policzone

Charakterystyka statyczna

u

wy

(R

o

)

diody 2

:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

200

400

600

800

1000

1200

Ro[Ω]

U

w

y

[V]

Pomierzone

Policzone

3.4.2. Dla badanych stabilizatorów obliczyć ze wzoru (2.6) wartości współczynnika
stabilizacji S

u

, a nastepnie porównać wyznaczone wartości tego współczynnika z wartościami

wyznaczonymi z pomiarów, korzystając z wykresów u

WY

(u

WE

).

Aby wyznaczyć współczynnik stabilizacji należy skorzystać z zależności:

1

WE

WY

U

U

Su

R

R

z









Dioda 1:
R

Z

=11,34 [Ω]

R

1

=300 [Ω]

 

 

037

,

0

300

34

,

11









u

S

Δu

WY

=5,15 – 4,94 = 0,21 [V]

Δu

WE

=16 - 10 = 6 [V]

 

 

035

,

0

6

21

,

0





V

V

S

u

Dioda 2:
R

Z

=10,98 [Ω]

R

1

=300 [Ω]

 

 

036

,

0

300

98

,

10









u

S

Δu

WY

=7,66 – 7,46 = 0,2 [V]

Δu

WE

=16 - 10 = 6 [V]

 

 

033

,

0

6

2

,

0





V

V

S

u

3.2.5. Wyznaczyć wartości rezystancji wyjściowych R

WY

badanych układów stabilizatorów.

W tym celu należy na podstawie charakterystyk u

WY

(R

0

) wyznaczyć dla przejętego przedziału

zmian napięcia wyjściowego Δu

WY

zmiany prądu wyjściowego Δi

WY

.

Przyrostową rezystancję wyjściową liczymy z :

WY

WY

WY

I

U

R







zatem :

o

WY

R

U



WY

I

Dioda 1:

 

 

 

A

V

I

WY

00515

,

0

1000

15

,

5

1







 

 

 

A

V

I

WY

02

,

0

250

5

2







WY

I



= 0,02 - 0,0515 = 0,015[A]

WY

U



= 5,15 - 5 = 0,15[V]

 

 

 







10

015

,

0

15

,

0

A

V

R

WY

Dioda 2:

 

 

 

A

V

I

WY

00761

,

0

1000

61

,

7

1







 

 

 

A

V

I

WY

0249

,

0

300

47

,

7

2







WY

I



=0,0249 - 0,00761 = 0,017[A]

WY

U



= 7,61 – 7,47 = 0,14[V]

 

 

 







24

,

8

017

,

0

14

,

0

A

V

R

WY