Cборник_ЛР

По графику (рис.1.5,б) можно определить и величину входных токов ЛЭ1

для каждого значения N. Проекции рабочих точек на ось I дают величину тока

Iн, а Iвх = Iн/N. Видно, что с ростом N ток Iвх0 уменьшается в каждом из N элементов с ростом N.

По графикам входных и выходных характеристик величины помехоустой-

чивости и динамического диапазона не определяются.

Методика исследования статических характеристик В состав измерительного стенда входят:

- лабораторный макет со сменными панелями и сменными кабелями с тре-

мя разъемами;

-прибор для наблюдения статических характеристик (ПНСХ);

-осциллограф;

-универсальные вольтметры для измерения напряжения, тока и сопротив-

ления.

Функциональный состав и элементы управления ПНСХ

Прибор для наблюдения статических характеристик (ПНСХ) (рис.1.6),

разработанный на кафедре ИЭМС и изготовленный на заводе “Протон”, ис-

пользуется при исследовании вольтамперных характеристик полупроводнико-

вых приборов, входных, выходных, передаточных и других статических ха-

рактеристик цифровых и аналоговых схем.

ПНСХ может использоваться как источник трех постоянных регулируе-

мых независимо стабилизированных напряжений с изменяемой полярностью и с защитой от перегрузки.

13

ПНСХ обеспечивает отображение исследуемых характеристик на экране осциллографа.

Функционально прибор состоит из трех блоков: двух блоков источников постоянного напряжения и измерительного блока. Включение прибора осуще-

ствляется тумблером Т (“Сеть”).

Напряжение двух источников питания U1 и U2 (рис.1.6,б) выведено соот-

ветственно на клеммы 1 и 2. Их полярность относительно общего полюса ус-

танавливается кнопочными переключателями П1 и П2 (рис.1.6,а). Регулировка на-пряжения осуществляется плавно - ручками P1, Р3 и грубо - Р2, Р4. Третий источник питания U3 (рис.1.6,б) формирует на клемме 4 постоянную u1 и пе-

ременную u2 составляющие напряжения, величина которых регулируется не-

зависимо. Напряжение постоянной составляющей u1 и его полярность регу-

лируется ручками плавной - Р6 и грубой - Р5 установки.

Амплитуда переменной составляющей u2 регулируется ручкой Р7, а по-

лярность устанавливается переключателем ПЗ (рис.1.6,а).

Включение источников питания осуществляется нажатием кнопок “ПИ-

ТАНИЕ” КН1, КН2 и КН3. При возникновении перегрузки любого из источ-

ников питания загорается соответствующий красный индикатор и напряжение с данной выходной клеммы 1, 2 или 3 автоматически снимается. После устра-

нения причины перегрузки для восстановления напряжения на клемме необ-

ходимо нажать на красную кнопку “СБРОС” соответствующего источника питания.

Измерительный блок содержит источник переменного напряжения с по-

стоянной составляющей, преобразователь ток-напряжение и масштабный уси-

литель. Источник постоянного смещения служит для задания точки начала отображения исследуемой характеристики. Величина и полярность смещения задаются: грубо - ручкой Р5 и плавно - ручкой Р6. Источник переменного на-

пряжения определяет диапазон исследования характеристики. Амплитуда пе-

15

ременной составляющей регулируется ручкой Р7, а полярность задается пере-

ключателем П3. Суммарное напряжение формируется на клемме 3, которая является испытательным выходом блока (выходом, к которому подключается исследуемый образец).

Масштабный усилитель К служит для изменения масштаба изображения исследуемой характеристики по оси Х экрана осциллографа. При этом мас-

штаб изображения

Если у осциллографа нет калиброванного входного усилителя Х, то чувст-

вительность осциллографа VXосц постоянна. Как правило,

VXосц = 0,1 В/дел.

Величина коэффициента передачи К устанавливается переключателями П7 и П8.

Преобразователь ток-напряжение может работать в двух различных ре-

жимах. Выбор режима осуществляется кнопкой Кн5.

1. Кнопка отжата. Режим исследования вольт-амперных характеристик

(зависимость тока от напряжения, в том числе входная и выходная характери-

стики). На ось Y осциллографа подается напряжение, пропорциональное току испытательного выхода (рис.1.6). В качестве формирующего элемента ис-

пользуется резистор R. Величина его сопротивления устанавливается пере-

ключателями П5 и П6. Масштаб изображения при этом:

Изменять масштаб можно либо изменяя номинал измерительного резисто-

ра R, либо изменяя чувствительность входного усилителя Y осциллографа.

Оба способа абсолютно равноправны.

16

2. Кнопка нажата. Режим исследования передаточных характеристик (за-

висимость напряжения от напряжения). По оси Y осциллографа выводится на-

пряжение, подаваемое с исследуемого элемента на входную клемму 5.

Кнопка Кн6 служит для поиска точки начала координат на экране осцил-

лографа.

Кнопка КН4 и клеммы 8 и 9 служат для подключения дополнительного оборудования.

Источники питания U1, U2 и U3 (рис.1.6,б) задают напряжение на клеммах

1, 2 и 3 соответственно. Любые два из них могут быть включены таким обра-

зом, что между клеммами 1 - 2, 2 - 4 или 1 - 4 будет получено их суммарное напряжение. Для этого необходимо у выбранной пары источников задать раз-

ную полярность.

ВНИМАНИЕ! Ни положительный, ни отрицательный полюсы такого спа-

ренного источника напряжения заземлять НЕЛЬЗЯ!

Если в таком включении будет задействован источник питания U3 (клемма

4), то все кнопки переключателя ПЗ должны быть отжаты.

Порядок проведения измерений

Принцип формирования изображения вольтамперной характеристики на экране осциллографа. Используя ПНСХ совместно с осциллографом, можно исследуемую характеристику наблюдать на экране для всего допустимого ди-

апазона изменения напряжения U или на отдельных его участках в увеличен-

ном масштабе.

Исследуемый образец G через резистор R подключается к источнику на-

пряжения U = u1 + u2 (рис.1.7,а), который создает постоянную составляющую u1 и переменную составляющую u2 напряжения U (рис.1.7,б). Переменная со-

17

ставляющая u2 должна иметь малую скорость изменения d(u2)/dt, чтобы при

этом инерционные (частотные) свойства образца G еще не проявлялись.

Рис.1.7. Блок-схема подключения ПНСХ к осциллографу (а), идеальное напряжение горизонтального отклонения луча осциллографа (б),

реальное напряжение горизонтального отклонения (в)

Наиболее подходящим для этого является линейно изменяющееся во вре-

мени напряжение, которое нарастает и спадает с одинаковой постоянной ско-

ростью (рис.1.7,б). С целью упрощения измерительного оборудования в каче-

стве переменной составляющей можно использовать синусоидальное напряжение сети (50 Гц) (рис.1.7,в).

18

Создаваемое на образце G напряжение U (рис.1.7,а), через усилитель

“Ус.Х”, подается на систему, отклонения электронного луча электронно-луче-

вой трубки осциллографа в горизонтальном направлении. Каждому значению напряжения U соответствует определенное напряжение u = IR, падающее на резисторе R и пропорциональное силе тока IG, протекающего через образец G

(рис.1.7,а).

Если напряжение u подать через усилитель “Ус.У” на систему отклонения электронного луча электроннолучевой трубки осциллографа вертикального направления (рис.1.7,а), то на экране будет получена вольтамперная характе-

ристика образца G.

За счет изменения величины и полярности постоянной составляющей u1 и

амплитуды переменной составляющей u2 напряжения U можно изменять со-

стояние исследуемого образца, компенсировать падение напряжения на изме-

рительном сопротивлении R, выбирать участок и масштаб наблюдения харак-

теристики и др.

I. Экспериментальное получение вольтамперной характеристики на экране осциллографа с помощью ПНСХ. Схема подключения исследуемого образца и осциллографа к ПНСХ приведена на рис.1.8.

К вольтамперным характеристикам относятся зависимости вида I = f(U), в

том числе входные Iвх = f(Uвх) и выходные Iвых = f(Uвых) характеристики.

1. Установить на макете панель, соответствующую исследуемому элемен-

ту.

2.Подключить к макету левый и средний разъемы кабеля.

3.С помощью универсального вольтметра, включенного в режим измере-

ния сопротивления, установить номиналы резисторов в соответствии с вари-

антом.

4. Подключить к макету правый разъем кабеля.

5. Проверить наличие необходимых коммутаций ПНСХ и осциллографа.

19

9. Соединить выходы используемых источников постоянного напряжения с макетом. Подключить к макету вольтметры для контроля напряжений пита-

ния.

10. Включить используемые источники питания (Кн1, Кн2) и установить необходимую величину напряжения.

11. Нажать кнопку Кн6 (поиск 0), отжать кнопку Кн5 (режим исследова-

ния вольт-амперных характеристик).

12. Переключателем П3 установить необходимую полярность подаваемого на макет напряжения.

13. Ориентировочно установить номинал токоизмерительного резистора R

(переключатели П5, П6), коэффициент передачи масштабного усилителя К

(переключатели П7, П8) и масштаб усилителя Y осциллографа, исходя из не-

обходимой величины изображения исследуемой характеристики на экране.

14. Включить измерительный блок (Кн3).

15. Ручками смещения луча осциллографа установить на экране положе-

ние начала координат.

16. Отжать кнопку Кн6. Ручками Р5 и Р6 окончательно установить напря-

жение равным 0, контролируя его по положению луча на экране осциллогра-

фа.

17. Для получения входной характеристики соединить клемму 3 со входом исследуемого элемента.

18. Ручкой Р7 установить диапазон наблюдения характеристики, ручками Р5 и Р6 - положение начала развертки. Внимание! Не надо путать положение начала координат и начала развертки! Окончательно выбрать масштаб изо-

бражения.

19. Зарисовать входную характеристику. Выходные характеристики полу-

чаются аналогично. Для этого с 3 клеммой соединяется выход элемента (см.

пункт 17), а на вход подается напряжение “0” или “1”.

21

II. Получение характеристик типа Uy = f(Ux).

К характеристикам типа Uy = f(Ux) относятся передаточные характеристи-

ки цифровых и линейных схем. Для их получения необходима схема, приве-

денная на рис.1.9. Измерения проводятся аналогично со следующими измене-

ниями по пунктам:

11. Нажать кнопку Кн5 (режим измерения передаточных характеристик). 13. В измерениях не участвует токоизмерительный резистор.

17. Вход соединяется с клеммой 3, выход - с клеммой 5.

22