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 R1 pełni rolę
rezystora zabezpieczajÄ…cego diodÄ™ przed uszkodzeniem. Przy pomiarze tych charakterystyk
należy odłączyć rezystor R0 (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 uWY(uWE) stabilizatorów napięcia z rys.2.2 ze
zmierzonymi uprzednio dwiema diodami stabilizacyjnymi. Przyjąć wartoÅ›ci R1 = 300 ©, RO =
1 k © oraz zakres zmian uWE = 0 - 16 V. NastÄ™pnie należy zmierzyć dla obu stabilizatorów
charakterystyki uWY(RO) dla wartoÅ›ci R1 = 300 ©, UWE = 16 V, przyjąć zakres zmian
rezystancji obciążenia RO od zwarcia (R0 = 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 UZO oraz rZ modelu
statycznego tych diod, danego wzorem (2.1).
5
0
10 8 6 4 2 0
-5
-10
D1
-15
D2
-20
-25
-30
-35
-40
u[V]
W celu wyznaczenia rz korzystamy z zależności:
Dðu
rZ =ð
Dði
DIODA 1
Dðu : 5,18  4,86 = 0,32 [V]
Dði : 35,3  7,07 = 28,23 [mA]
Dðu
rZ =ð
=11,34[Wð]
Dði
DIODA 2
Dðu : 7,74  7,45 = 0,29 [V]
Dði : 26,9  0,492 = 26,41 [mA]
Dðu
rZ =ð
=10,98[Wð]
Dði
i[mA]
3.2.2. Wykreślić zmierzone charakterystyki statyczne stabilizatorów uWY(uWE), 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:
R1
U +ð Uzo ×ð
we
R
z
U (Uwe ) =ð
wy
R1 R1
1+ð +ð
R R
o z
Charakterystyki statyczne uwy(uwe) dla diody 1:
6
5
4
3
Pomierzone
2
Policzone
1
0
0 5 10 15 20
Uw e[V]
Charakterystyki statyczne uwy(uwe) dla diody 2:
9
8
7
6
5
Pomierzone
4
Policzone
3
2
1
0
0 5 10 15 20
Uwe[V]
Uwy[V]
Uwy[V]
3.2.3. Powtórzyć zadanie z punktu 3.2.2. dla zmierzonych i obliczonych charakterystyk
uWY(R0) stabilizatorów.
Charakterystyka statyczna uwy(Ro) diody 1:
6
5
4
3
Pomierzone
Policzone
2
1
0
0 200 400 600 800 1000 1200
Ro[©]
Charakterystyka statyczna uwy(Ro) diody 2:
9
8
7
6
5
Pomierzone
4
Policzone
3
2
1
0
0 200 400 600 800 1000 1200
Ro[©]
Uwy[V]
Uwy[V]
3.4.2. Dla badanych stabilizatorów obliczyć ze wzoru (2.6) wartości współczynnika
stabilizacji Su, a nastepnie porównać wyznaczone wartości tego współczynnika z wartościami
wyznaczonymi z pomiarów, korzystając z wykresów uWY(uWE).
Aby wyznaczyć współczynnik stabilizacji należy skorzystać z zależności:
DðUWY R
z
Su @ð @ð
DðUWE R1
Dioda 1:
RZ=11,34 [©]
R1=300 [©]
11,34[ðWð]ð
Su =ð =ð 0,037
300[ðWð]ð
"uWY=5,15  4,94 = 0,21 [V]
"uWE=16 - 10 = 6 [V]
0,21[ðV]ð
Su =ð =ð 0,035
6[ðV]ð
Dioda 2:
RZ=10,98 [©]
R1=300 [©]
10,98[ðWð]ð
Su =ð =ð 0,036
300[ðWð]ð
"uWY=7,66  7,46 = 0,2 [V]
"uWE=16 - 10 = 6 [V]
0,2[ðV]ð
Su =ð =ð 0,033
6[ðV]ð
3.2.5. Wyznaczyć wartości rezystancji wyjściowych RWY badanych układów stabilizatorów.
W tym celu należy na podstawie charakterystyk uWY(R0) wyznaczyć dla przejętego przedziału
zmian napięcia wyjściowego "uWY zmiany prądu wyjściowego "iWY.
Przyrostową rezystancję wyjściową liczymy z :
DðUWY
R =ð
WY
DðIWY
zatem :
UWY
IWY =ð
Ro
Dioda 1:
5,15[ðV ]ð 5[ðV]ð
IWY1 =ð =ð 0,00515[ðA]ð IWY 2 =ð =ð 0,02[ðA]ð
1000[ðWð]ð 250[ðWð]ð
DðIWY = 0,02 - 0,0515 = 0,015[A]
DðUWY = 5,15 - 5 = 0,15[V]
0,15[ðV]ð
RWY =ð =ð10[ðWð]ð
0,015[ðA]ð
Dioda 2:
7,61[ðV ]ð 7,47[ðV]ð
IWY1 =ð =ð 0,00761[ðA]ð IWY 2 =ð =ð 0,0249[ðA]ð
1000[ðWð]ð 300[ðWð]ð
DðIWY =0,0249 - 0,00761 = 0,017[A]
DðUWY = 7,61  7,47 = 0,14[V]
0,14[ðV ]ð
RWY =ð =ð 8,24[ðWð]ð
0,017[ðA]ð