Физика примеры решения задач Электротехника Задачи и лабораторные работы Математика примеры решения задач Вычислить интеграл Информатика Компьютерные сети Компьютерная математика
Исследование полевых транзисторов Исследование биполярных транзисторов Полупроводниковые выпрямители Электронный усилитель на транзисторах Лабораторная работа Исследование стабилитронов Исследование варикапов

Методические указания лабораторные работы по электронике

Методические указания к выполнению лабораторных работ по исследованию полевых и биполярных транзисторов

В основе развития электроники лежит непрерывное усложнение функций, выполняемых электронной аппаратурой. В связи с этим, знание основных свойств полупроводниковых приборов, ознакомление с их конструкцией и элементами технологии изготовления, а также методикой измерения параметров, является основополагающим для грамотного проектирования радиоэлектронных схем.

Предлагаемый цикл лабораторных работ предназначен для того, чтобы в сжатом виде предоставить информацию об основных свойствах полевых и биполярных транзисторов, их вольт – амперных характеристиках, а также другие сведения о транзисторах, которые наиболее часто требуются разработчикам радиоэлектронной аппаратуры. Кратко описаны принцип действия и конструкция полевых и биполярных транзисторов. Приводятся электрические параметры транзисторов, методика их измерения, а также сведения об эксплуатационных свойствах.

В цикл лабораторных работ по курсу «Электроника» заложен системный подход к освоению лекционного материала, создающий общий фундамент, на базе которого возможна дальнейшая специализация студента в области электроники. В первой работе исследуются характеристики полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом и полевых транзисторов с изолированным затвором обогащенного типа. Во второй – характеристики биполярных транзисторов, включенных по схемам с общей базой и с общим эмиттером.

Кроме того, при исследовании характеристик полевых и биполярных транзисторов в лабораторных условиях студенты существенным образом повышают навыки работы с современными цифровыми приборами, в частности, с Digital Multimeter MY64 и DC POWER SUPPLY HY3005D-2. Дифференциальная форма закона Ома Расчеты электрических цепей

Перед выполнением лабораторной работы студент должен повторить или усвоить самостоятельно теоретический материал по теме работы, знать цель работы, основные свойства и характеристики исследуемых полупроводниковых приборов.

До начала работы в лаборатории каждый студент должен ознакомиться с инструкцией по технике безопасности, о чем делается отметка в специальном журнале.

Лабораторные работы выполняются бригадой из 2-3 студентов на универсальных измерительных стендах. Все стенды содержат аналоговые и цифровые источники питания и четыре многофункциональных цифровых измерительных прибора.

Монтаж электрической схемы измерений производится с помощью комплекта соединительных проводов в соответствии со схемой, приведенной в инструкции к лабораторной работе. Собранную схему необходимо предъявить для проверки преподавателю или лаборанту и только с их разрешения включить питание стенда.

Проведение исследований осуществляется в соответствии с заданием и в указанной последовательности. Результаты измерений заносятся в протокол испытаний, который по окончании исследований должен быть представлен для проверки преподавателю.

В процессе выполнения лабораторной работы возможно возникновение следующих опасных факторов: поражение электрическим током и возникновение пожара вследствие того, что электропитание лабораторных установок осуществляется от электросети напряжением 220В частотой 50 Гц.

С целью обеспечения безопасности при работе на лабораторных установках следует руководствоваться ГОСТ 12.3.019-80 «Испытания и измерения электрические. Общие требования безопасности». Конструкции лабораторных установок выполнены с учетом требований ОСТ 40.4-78 «Оборудование учебно-лабораторное. Общие технические требования». В лабораторных установках применены стандартные приборы, выпускаемые промышленностью с учетом требований безопасности. Помещение, в котором находятся лабораторные установки, удовлетворяет требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004-76 и санитарным нормам СН-245-71.

При выполнении лабораторной работы запрещается:

приступать к выполнению лабораторной работы без инструктажа по технике безопасности и разрешения преподавателя;

включать силовые рубильники в лаборатории;

самостоятельно ремонтировать лабораторный стенд и измерительные приборы;

оставлять без наблюдения включенную лабораторную установку;

изменять конфигурацию схемы при включенном питающем напряжении;

загромождать рабочее место портфелями и другими предметами.

ИЗУЧЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Цель работы. Изучение принципа действия измерительных приборов и возможностей их применения в измерениях. Приобретение навыков работы с измерительными приборами и определение их некоторых характеристик.

Электронный осциллограф

Электронный осциллограф (ЭО) – измерительный прибор, предназначенный для визуального наблюдения, а также измерения амплитудных и временных параметров непрерывных и импульсных сигналов. Исследуемый процесс чаще всего отображается на экране осциллографа в декартовой системе координат, в виде функциональной зависимости напряжения от времени u=f(t). При этом ось абсцисс является осью времени, а ось ординат – напряжения.

По назначению и принципу действия ЭО можно разделить на универсальные, стробоскопические, скоростные, запоминающие и специальные. По числу одновременно наблюдаемых сигналов ЭО могут быть одно-, двух- и многолучевыми. Любой осциллограф состоит из электроннолучевой трубки (ЭЛТ), каналов управления лучом (каналов X и Y), измерительных устройств и блока питания (рис. 1. 1 а). По каналу Y поступает исследуемое входное напряжение uy, а по каналу X – напряжение развертки ux вызывающее отклонение луча. Одновременное действие этих двух напряжений обусловливает появление на экране ЭЛТ изображения исследуемой зависимости и=f(t). Кроме того, по каналу Z может подаваться напряжение для управления яркостью электронного луча. В двух- и многолучевых осциллографах имеются дополнительные каналы вертикального отклонения по числу лучей с общим управлением по развертке.

К основным техническим данным ЭО относятся: полоса пропускания каналов X и Y, чувствительность или обратная ей величина – коэффициент отклонения, входное сопротивление и входная емкость.

Электронно-лучевые трубки. В ЭО применяются, как правило, ЭЛТ с электростатическим управлением луча. Однолучевая ЭЛТ представляет собой стеклянный баллон с высоким вакуумом, внутри которого расположены источник электронов, система формирования электронного луча, две пары взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин. Устройство ЭЛТ показано схематически на рис. 1. 1 б.


Источником электронов является катод К в виде цилиндра, подо-греваемый нагревателем Н. Катод окружен модулирующим электродом М, содержащим отверстие для выхода электронов. Модулирующий электрод, или модулятор, ограничивает первоначально расходящийся электронный пучок. Изменяя отрицательное относительно катода напряжение на модуляторе, можно управлять количеством электронов, проходящих через его отверстие в единицу времени, а при некотором его значении вообще «запереть» луч. Кроме того, на модулирующий электрод можно подавать внешнее переменное напряжение, которое будет изменять установленную яркость, т. е. модулировать луч по яркости. Важнейшую роль в дальнейшей фокусировке луча играет первый анод А1, представляющий собой цилиндр с несколькими диафрагмами, находящийся под высоким положительным потенциалом, а также фокусирующий электрод Ф, регулируемый потенциал которого позволяет сжимать пучок в очень тонкий луч.

  Основной характеристикой полупроводниковых диодов служит вольт-амперная характеристика. В отличие от характеристики идеального p-n- перехода (пунктирная кривая на рис. 3,а), характеристика реального диода (сплошная кривая на рис. 3,а) в области прямых напряжений U располагается несколько ниже из-за падения части приложенного напряжения на объёмном сопротивлении базы диода r .

 Уравнение вольт-амперной характеристики имеет вид:

 

где U - напряжение на p-n-переходе; I0 -обратный (или тепловой) ток, - температурный потенциал электрона.

 а б

 Рис. 3

В области обратных напряжений можно пренебречь падением напряжения в объёме полупроводника. При достижении обратным напряжением определённого критического значения ток диода начинает резко возрастать. Это явление называют пробоем диода.

 Различают два основных вида пробоя электронно-дырочного перехода:

электрический и тепловой. В обоих случаях резкий рост тока связан с увеличением числа носителей заряда в переходе. Электрический пробой бывает двух видов - лавинный и туннельный.

 Полупроводниковые диоды отличаются друг от друга материалом полу-

проводника. Наиболее часто в них используют германий или кремний. Вольт-амперные характеристики кремниевого и германиевого диодов представлены на рис. 3,б. При повышении температуры абсолютная величина изменения обратного тока в кремниевом диоде (рис. 4,а) значительно меньше, чем в германиевом (рис. 4,б).

 а б

 Рис. 4 

Выпрямительные диоды используют для выпрямления переменных токов частотой 50 Гц – 100 кГц. В них используется главное свойство p-n-перехода – односторонняя проводимость. Главная особенность выпрямительных диодов большие площади p-n-перехода, поскольку они рассчитаны на выпрямление больших по величине токов. Основные параметры выпрямительных диодов даются применительно к их работе в однополупериодном выпрямителе с активной нагрузкой (без конденсатора, сглаживающего пульсации).

Среднее прямое напряжение Uпр..ср — среднее за период прямое напряжение на диоде при протекании через него максимально допустимого выпрямленного тока.

Средний обратный ток Iобр. ср — средний за период обратный ток, измеряемый при максимальном обратном напряжении.

Максимально допустимое обратное напряжение Uобр. mах (Uобр. и mах) – наибольшее постоянное (или импульсное) обратное напряжение, при котором диод может длительно и надежно работать.

Максимально допустимый выпрямленный ток Iвп. ср mах — средний за период ток через диод (постоянная составляющая), при котором обеспечивается его надежная длительная работа.

Превышение максимально допустимых величин ведет к резкому сокращению срока службы или пробою диода.

Максимальная частота fтах — наибольшая частота подводимого напряжения, при которой выпрямитель на данном диоде работает достаточно эффективно, а нагрев диода не превышает допустимой величины.


Методические указания к выполнению лабораторных работ по электронике