Электронные приборы_лаборатория

того, что электропитание лабораторных установок и измерительных приборов осуществляется от электросети напряжением 220 В частотой 50 Гц.

С целью обеспечения безопасности при работе на лабораторных установках помещение, в котором находятся установки, удовлетворяет требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004-76 и санитарным нормам CH-245-71, утвержденным Госстроем СССР.

Конструкции установок выполнены с учетом требований ОСТ 40.4-78 "Оборудование учебно-лабораторное. Общие технические требования". В установках применены стандартные электроизмерительные приборы, выпускаемые промышленностью с учетом требований безопасности.

При выполнении лабораторной работы запрещается:

приступать к выполнению работы без инструктажа по технике безопасности (с отметкой в соответствующем журнале) и разрешения преподавателя;

включать силовые рубильники в лаборатории; самостоятельно ремонтировать лабораторный стенд и измерительные приборы; оставлять без наблюдения включенную установку;

изменять конфигурацию схемы при включенном питающем напряжении; загромождать рабочее место портфелями и другими предметами.

Правила оформления отчетов

Отчет выполняется на белой бумаге формата 297х210 мм2. Допускается применять бумагу «в клетку» и использование обеих сторон листа (включая титульный лист и графики). Графики строятся на отдельных листах формата отчета. При использовании нелинованной бумаги рекомендуется нанести на график координатную сетку. Иллюстрации малых размеров размешаются по несколько штук на листе. Допускается на листах с иллюстрациями помещать таблицы, но не следует перемешивать иллюстрации с текстом. Не рекомендуется наклеивать листы «миллиметровки» малого формата на белую бумагу.

Текст отчета пишут темной пастой или чернилами одного цвета. Рекомендуемый размер полей − 20 мм. Толщина линий графиков должна быть 1,5 мм, толщина линий осей координат - 0,5 мм, толщина остальных линий - 0,25 мм. Все линии на графиках должны быть одного темного цвета.

Когда на графике приведено несколько функциональных зависимостей, кривые рекомендуется обозначать различным начертанием с соответствующим разъяснением.

Размерность на графиках ставится в конце оси координат вне поля графика в виде дроби, в числителе которой - обозначение физической величины, а в знаменателе -

должны располагаться под осью, а по оси ординат – слева от оси. Обозначения в виде наименований следует располагать параллельно соответствующим осям.

2

СОДЕРЖАНИЕ

Порядок работы в лаборатории Требования безопасности Правила оформления отчетов

Лабораторная работа №I. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕРМАНИЕВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО ДИОДА

Лабораторная работа №2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

Лабораторная работа №3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Лабораторная работа №4. ИССЛЕДОВАНИЕ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Лабораторная работа №5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП

Лабораторная работа №6. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ

Лабораторная работа №7. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОДИОДА

Лабораторная работа №8. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОТРАНЗИСТОРА

Библиографический список Приложение 1. Обозначения основных элементов схем

Приложение 2. Паспортные данные исследуемых полупроводниковых приборов

Приложение 3. Инструкция по эксплуатации термостата.

35

1

2

4

5

8

12

15

19

24

28

308

39

32

33

34

Библиографический список

1.Аваев Н.А., Шишкин Г.Г. Электронные приборы. М.: Изд-во МАИ, 1996.

2.Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. СПб.: «Лань», 2001.

3.Электронные приборы /Под ред. Г.Г.Шишкина. М.: Энергоатомиздат, 1989.

4.Булычев А.Л., Лямин П.М., Тулинов Е.С. Электронные приборы. М.: Изд-во Лайт Лтд, 2000.

5.Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам /Под ред. Н.Н.Горюнова. М.: Энергия, 1976.

6.ГОСТ 2.730-73. ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые.

7.ОСТ II.336.919-81. Приборы полупроводниковые. Система обозначений

8.ГОСТ 13393-76. Приборы электровакуумные. Система обозначений.

9.ГОСТ 2.731-68. ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы электровакуумные.

10.СТО ЛИАП 101-82. Документы текстовые учебные. Титульные листы и основные надписи.

11.СТП ЛИАП 102-83. Документы текстовые учебные. Правила выполнения иллюстраций.

Для оцифровки осей применяется натуральный ряд чисел 0, 1, 2, 3,…

помноженный на 10 n или 5 10 n , где n = 0,±1,±2,±3,...

При оформлении графического материала для заглавных букв и цифр применять шрифт 5 мм, для строчных букв – 3,5 мм.

Рисунки должны быть пронумерованы и иметь подписи.

Принципиальные схемы вычерчиваются в соответствии с требованиями ЕСКД. Обозначения основных элементов представлены в Приложении 1. На графике или в надписи под рисунком должен быть указан тип исследуемого прибора.

Образец оформления титульного листа приведен на с.6.

Квыполнению следующей лабораторной работы студент не допускается, если

унего не оформлен отчет по предыдущей работе и не получен по ней зачет.

Образец оформления титульного листа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СПбГУАП

Кафедра №25

Отчет защищен Преподаватель

//

подпись Ф.И.О.

«____» ___________ 20__ г.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ Отчет о лабораторной работе

по курсу "Электроника» Э.25.2201.001.ЛР

«____» _________ 20__ г

Санкт-Петербург 2002

4

«Выкл.» в положение «1».

Для создания в камере термостата температуры 0 оС тумблер переключения режимов работы устанавливается в положение «0 оС». Амперметр регистрирует наличие тока через термобатарею. Температура в камере устанавливается через 15 минут.

Для создания в камере термостата температуры +50 оС тумблер переключения режимов устанавливается в положение «+50 оС». Амперметр регистрирует наличие тока через термобатарею. Температура +50 оС устанавливается через 15 минут. При достижении температуры +50 оС термореле автоматически отключает питание термостата.

ПРИМЕЧАНИЕ. При переключении термостата, работающего в режиме 0 оС, на нагревание до +50 оС (или при обратном переключении) рекомендуется на 3−4 минуты снимать крышку термостата.

33

КПЗО1Б − кремниевый МОП-транзистор с индуцированным р-каналом

Приложение 3.

Инструкция по эксплуатации термостата

Термостат ТЦ-2М предназначен для нагревания или охлаждения малогабаритных полупроводниковых приборов, исследуемых в учебной лаборатории. Действие термостата ………основано на использовании термоэлектрических свойств контакта двух полупроводников с различными типами проводимости ( p и n ). В

зависимости от полярности напряжения, приложенного к полупроводниковой термопаре, происходит ее разогрев или охлаждение. Для увеличения мощности термостата полупроводниковые термопары собраны в крупногабаритные блоки (термобатареи). Термобатарея имеет хороший тепловой контакт с камерой термостата. Камера термостата достаточно надежно термоизолирована от окружающей среды.

В съемной верхней крышке камеры расположен трехштырьковый разъем для установки в термостат исследуемого полупроводникового прибора. Проводники от каждого гнезда трехштырькового разъема обеспечивают возможность подключения установленного в термостат прибора в схему исследования.

Питание термостата (U = 2B, I = 8A ) осуществляется от выпрямителя

ВСП-12. Обеспечивается два температурных режима в камере – (0 оС и 50 оС). Изменение режима осуществляется переключением полярности питающего напряжения. Переключатель полярности выведен на переднюю панель прибора ВСП-12 и имеет три положения: «нейтральное», «0 оС», «+50 оС». Амперметр на передней панели ВСП-12 установлен для контроля функционирования термостата.

Для исследования полупроводниковых приборов при температуре 0 оС и 50 оС необходимо следующее:

1.Снять крышку термостата и установить исследуемый полупроводниковый прибор в разъем (необходимо обратить внимание на нумерацию гнезд разъема).

2.Закрыть крышку термостата и подключить исследуемый полупроводниковый прибор в схему измерения его характеристик (подключение производится при помощи

проводников 1-3 с однополюсными вилками на концах. Вилки имеют ту же нумерацию, что и гнезда в крышке термостата).

3.Установить тумблер переключения режима работы термостата в среднее положение. 4.Включить питание прибора ВСП-12, установив переключатель «ток» из положения

32

Лабораторная работа № I

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕРМАНИЕВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО ДИОДА

Цель работы: изучение свойств германиевого выпрямительного полупроводникового диода, измерение его вольт-амперных характеристик и параметров. В работе измеряются вольт-амперные характеристики германиевого диода при температурах 20 оС и 50 оС. По указанию преподавателя возможна замена второго значения температуры с 50 оС на 0 оС.

[1, с.10−71; 83−86; 93−96], [2, c.7−191], [3, с.12−139]

I. Схемы исследования

Схема измерения прямой ветви вольт-амперной характеристики германиевого диода приведена на рис.1.1.

Рис. 1.1

Схема собирается на монтажном шасси с использованием комплекта соединительных проводов. Напряжение питания подается от источника (0…3) В (разъем Г7 блока 3 лабораторного стенда). Токи и напряжения измеряются вынесенными стрелочными измерительными приборами. Пределы измерений приборов указаны на схеме.

Схема измерения обратной ветви вольт-амперной характеристики германиевого диода представлена на рис.1.2. Напряжение питания подается от источника (0…15) В (разъем Г8 блока 3 лабораторного стенда).

Стенд разрешается включать только после проверки схемы преподавателем.

2. Порядок выполнения работы

2.1 Собрать схемы, изображенные на рис. 1.1 и рис. 1.2. Установить ручки регулировки напряжений в исходное состояние – повернуть до упора против часовой стрелки После проверки схем преподавателем измерить прямую ветвь вольт-амперной характеристики германиевого диода при температуре 20 оС (рис.1.1). Значения прямого тока устанавливать от 0 до 40 мА с интервалом 10 мА; от 40 до 280 мА с интервалом

5

40 мА. Записать получающиеся значения прямого напряжения в табл. 1.1. Отметить напряжение, при котором ток становится равным 2,0 мА (1 деление).

Таблица 1.1

2.3. Поместить исследуемый диод в термостат, включить его на нагрев и повторить через 15 минут. Измерения по п.п. 1 и 2 при температуре Т=50 оС.

Инструкция по эксплуатации термостата приведена в Приложении 2.

3.Обработка результатов измерений

3.1.Вольт-амперные характеристики исследуемого диода следует строить как зависимость тока , протекающего через диод, от напряжения на диоде. Прямую и обратную ветвь строить в I и III квадрантах, используя разные масштабы.

3.2.Определить дифференциальное сопротивление Rдиф= U/ΔI на прямой

ветви диода для точки, соответствующей значению тока 200 мА. Пприращения тока I

и напряжения U брать такими, чтобы не выйти за пределы линейного участка характеристики.

3.3.На графике вольт-амперной характеристики диода построить

данные измерений при Т=20 оС); U – напряжение, прикладываемое к диоду (задать 10

значений от 0 до 0,2 В с интервалом 0,02 В); ϕТ – температурный потенциал, равный 0,025 В при температуре 20 оС.

6

Максимальная постоянная рассеиваемая мощность транзистора 50 мВт

31

Содержание отчета

Отчет должен содержать: наименование и цель работы; схемы измерений;

таблицы измеренных и расчетных данных;

графики вольт-амперных характеристик диода при температуре 20 оC и 50 оС;

график теоретической характеристики германиевого диода (на одном рисунке вместе с экспериментальной характеристикой);

рассчитанное значение дифференциального сопротивления исследованного диода; краткие выводы по результатам проделанной работы.

Контрольные вопросы

1.Объясните механизм образования p-n-перехода. Почему на пере-ходе возникает разность потенциалов и от чего она зависит?

2.Какие физические процессы вызывают прохождение через диод прямого и обратного токов?

3.Нарисуйте и объясните энергетическую диаграмму p-n-переходов в отсутствие внешнего напряжения, при приложении напряжения в прямом и обратном направлении.

4.Объясните влияние температуры и концентрации примесей на толщину p-n- перехода и величину контактной разности потенциалов.

5.Поясните причины отличий вольт-амперной характеристики реаль-ного полупроводникового диода от теоретической характеристики p-n-перехода.

6.Объясните причину отличий включения измерительных приборов при измерении прямой и обратной ветви характеристики диода.

Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

Цель работы: изучение свойств выпрямительного кремниевого полупроводникового диода, кремниевого стабилитрона и туннельного диода, измерение их вольт-амперных характеристик и параметров.

[1, с.83−122], [2, c.7−191], [3, с. 12−139].

7

1. Схемы исследования

Схема измерения прямой ветви вольт-амперной характеристики кремниевого диода и стабилитрона приведена на рис. 2.1.

Рис.2.1

Схема собирается на монтажном шасси с использованием комплекта соединительных проводов. Напряжение питания подается от источника (0……3) В (разъем Г7 блока 3 лабораторного стенда). Токи и напряжения измеряются вынесенными стрелочными измерительными приборами. Пределы измерений приборов указаны на схеме.

Обратная ветвь вольт-амперной характеристики кремниевого диода не измеряется из-за сложности измерений токов очень малой величины.

Схема измерения обратной ветви вольт-амперной характеристики стабилитрона изображена на рис. 2.2.

Обратный ток стабилитрона измеряется косвенным образом, так как рабочим участком характеристики стабилитрона является участок электрического пробоя, когда обратный ток резко возрастает при незначительном изменении напряжения. Для ограничения тока последовательно со стабилитроном включен резистор R = 510 Ом. Напряжение U1, подается от источника (0……...15) В (гнездо Г8 блока 3 лабораторного стенда).

R

Рис.2.2

Схема для измерения вольт-амперной характеристики туннельного диода представлена на рис. 2.3.

Вольт-амперная характеристика туннельного диода имеет на прямой ветви падающий участок. Сложность измерения такой характеристики связана с определенными экспериментальными трудностями, вызванными необходимостью обеспечения устойчивости схемы, содержащей элемент с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Схема работает устойчиво при условии, что Rист

< Ri min, где Rист– внутреннее сопротивление источника питания, Ri min– минимальное значение модуля отрицательного сопротивления туннельного диода. Это условие выполняется, если параллельно туннельному диоду подключить низкоомный резистор Rш (Rш=20…100 Ом). Таким образом, миллиамперметр в схеме измеряет сумму токов через туннельный диод и Rш. Напряжение U1 подается от источника

8

2. Порядок выполнения работы

2.1 Собрать схему, приведенную на рис.8.1.

2.2. Измерить вольт-амперную характеристику СД. Значения прямого тока IПР устанавливать от 0 до 15 мА с интервалом 1 мА. Записывать полученные значения напряжения U1. Прямое напряжение UПР на СД определяется выражением UПР =U1–IПР

R1.

2.3Данные измерений и вычислений занести в таблицу.

2.4В дальнейшем считая, что световой поток Ф, излучаемый СД, прямо пропорционален току СД Ф = kIпр, т.е. световой поток при Iпр=1 мА равен условной

единице Ф′, при IПР=2 мА Ф=2Ф′ и т.д., измерить семейство ВАХ ФТ при различных значениях светового потока Ф.

При этом напряжение на клеммах Г8 изменять от 0 до 6 В с интервалом 0,5 В. Измерения производить для значений светового потока от Ф=0 до Ф= 8Ф′ с интервалом 2Ф′.

2.5. Измеренные значения протекающего через фототранзистор тока и напряжения коллектор –эмиттер записать в таблицу.

3. Обработка результатов измерений

3.1.Построить вольт-амперную характеристику светодиода Iпр=f(Uпр).

3.2.Построить семейство статических характеристик фототранзистора IК=f(UКЭ) при Ф=const

3.3 Построить световую характеристику фототранзистора IК=f(Ф) при UКЭ=4В

Содержание отчета

Отчет должен содержать: наименование и цель работы; схему исследования;

таблицы измеренных и расчетных данных;

графики ВАХ светодиода и фототранзистора; световую характеристику фототранзистора.

выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1.Как в светодиоде происходит преобразование электрической энер-гии в энергию электромагнитного излучения?

2.Какие материалы применяются для создания светодиодов?

3.Объясните фотогальванический эффект

4.Каковы отличи в принципах действия фотодиода и фототранзи-стора?

5.Почему фотодиод обладает меньшей интегральной чувствитель-ностью, чем фототранзистор?

29