Электроника Лабораторки методичка

1.2.2.6 Изменение «Период измерений»

Период измерений – это время, через которое программа «Электроника» меняет показания приборов. По умолчанию установлено время 0,01 с. При выполнении лабораторных работ по курсу «Электроника», если не оговорено особо, это время менять не следует. Меньшие значения периода измерений следует применять при высокочастотных процессах, а большие значения – при стационарных. В первом случае точность измерений несколько ниже, а во втором – выше.

1.3 Порядок выполнения работы

Достать из набора миниблоков (код 600) резистор, величина которого задана преподавателем.

1.Рассчитать мощность резистора для работы в схеме при условии, что UВХ MAX = 30 В. Сравнить полученную величину с номинальным значением мощности резистора. Если расчетное значение больше номинального, то необходимо взять резистор с большим сопротивлением и расчет произвести заново.

2.Собрать схему исследования по рисунку 1.20.

Рисунок 1.20 – Схема снятия ВАХ резистора

3. Снять ВАХ резистора. Результаты измерения занести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 – Результаты замера ВАХ резистора

4. Для снятия ВАХ резистора при помощи виртуального осциллографа собрать схему по рисунку 1.21.

20

Рисунок 1.21 – Схема для снятия осциллограммы ВАХ резистора

5.Настроить осциллограф в соответствии с реально подключенными приборами и включить режим«XY». На «Вход Х» (рисунок 1.18) подать тот канал осциллографа, который измеряет напряжение на резисторе, а на «Вход Y» (рисунок 1.18) – тот, который измеряет ток на резисторе. Перерисовать вручную или сохранить на съемном диске полученное изображение осциллографа.

6.По данным таблицы 1.1 построить ВАХ резистора IR = f(UR) и определить его реальное сопротивление.

7.По полученной осциллограмме ВАХ резистора IR = f(UR) также определить его сопротивление.

1.4. Структура отчета

1.Цель работы.

2.Типы исследуемых приборов и их паспортные параметры.

3.Схемы исследований.

4.Таблицы замеров.

5.Расчеты параметров схем и пределов измерения мультиметров.

6.Графики и диаграммы на листах миллиметровой бумаги и копии экранов ПК.

7.Расчеты параметров исследуемого прибора.

8.Выводы:

1)сравнение экспериментальных и паспортных данных исследуемых приборов;

2)ответы на вопросы, решаемые в ходе выполнения работы;

3)новизна данной работы;

4)замечания и предложения по проведению работы.

21

2 Исследование полупроводниковых диодов

2.1Цель работы: ознакомление с физическими основами работы полупроводниковых диодов, снятие вольт-амперных характеристик (ВАХ) и определение основных параметров.

2.2Порядок выполнения работы

2.2.1 Паспортные параметры диода

Таблица 2.1 – Паспортные параметры диода Д7Б

2.2.2 Снятие статической ВАХ диода

1.Изучить паспортные параметры диода Д7Б (таблица 2.1).

2.Изучить схему для снятия прямой ветви статической ВАХ диода(рисунок 2.1).

3.Рассчитать добавочное сопротивление RДОБ в схеме (рисунок 2.1) для снятия прямой ветви статической ВАХ диода в прямом направлении, с учетом максимального напряжения источника питания(UВХ) и максимально допустимого среднего тока диода (IFAV m). Суммарное падение напряжения в амперметре

идиоде принять равным 1 В.

Рисунок 2.1 – Схема снятия прямой ветви статической ВАХ диода

4.Собрать схему для снятия прямой ветви статической ВАХ диода(рисунок 2.1).

5.Снять прямую ветвь статической ВАХ диода. Результаты измерения занести в таблицу 2.2.

22

Таблица 2.2 – Результаты замеров статической ВАХ диода

6. Изучить схему для снятия обратной ветви статической ВАХ(рисунок

2.2).

7. Собрать схему для снятия обратной ветви статической ВАХ диода (рисунок 2.2), используя в качестве измерительных приборов модуль«Блок мультиметров» (код 509.2).

Рисунок 2.2 – Схема снятия обратной ветви статической ВАХ диода

8.Снять обратную ветвь статической ВАХ диода. Результаты измерения занести в таблицу 2.2.

9.По данным таблицы2.2 построить на миллиметровой бумаге ВАХ диода в прямом и обратном направлении.

10.По построенной ВАХ для диода определить:

1)максимальный средний токIFAV m, который протекал по диоду в данном опыте;

2)пороговое напряжение U(TO);

3)дифференциальное сопротивление rT;

4) падение напряжения uFM в прямом направлении при протекании по диоду тока равного IFAV m;

5)максимальное обратное напряжение URM, которое прикладывалось к диоду в данном опыте;

6)обратный ток диода при приложении к нему обратного напряжения URM;

7)статическое сопротивление в прямом направлении RСТ ПР;

23

8)статическое сопротивление в обратном направлении RСТ ОБР;

9)отношение статических сопротивлений в обратном и прямом направлении

RСТ ОБР / RСТ ПР.

2.2.3 Снятие классификационной ВАХ диода

Рисунок 2.3 – Схема снятия классификационной ВАХ прямой ветви диода

3. Произвести замеры средних и амплитудных значений напряжения и тока при UВХ = 7 В для прямого направления. Результаты занести в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 – Результаты замеров классификационной ВАХ диода

4.Запустить панель «Осциллограф» и настроить его входы в соответствии с реально подключенными приборами.

5.Снять осциллограммы напряжения и тока диода в прямом направле-

нии.

6.На осциллографе включить режим «XY». На «Вход Х» (рисунок 1.18) подать тот канал осциллографа, который измеряет напряжение на диоде, а на «Вход Y» (рисунок 1.18) – тот, который измеряет ток. Снять осциллограмму прямой ветви классификационной ВАХ.

7.Изучить схему для снятия обратной ветви классификационной ВАХ диода (рисунок 2.4).

8.Собрать схему для снятия обратной ветви классификационной ВАХ диода (рисунок 2.4).

24

Рисунок 2.4 – Схема снятия классификационной ВАХ обратной ветви диода

9.Произвести замеры средних и амплитудных значений напряжения и тока при UВХ = 24 В для обратного направления. Результаты занести в таблицу

2.3.

10.Повторить пункты 4–6, но для обратного направления.

11.По полученным осциллограммам определить:

1)амплитуду прямого падения напряженияUFM на диоде при протекании по нему тока равного IFAV m;

2)пороговое напряжение U(TO);

3)дифференциальное сопротивление rT;

4)амплитуду обратного напряжения URM, которая прикладывалась к диоду в данном опыте;

5)амплитуду обратного тока диода IRM.

2.3 Контрольные вопросы

1 Зонная теория проводимости. Собственная дырочная и электронная проводимость. Сравнение электропроводимости проводников и полупроводников между собой.

2Примесная дырочная и электронная проводимость. Основные и неосновные носители зарядов в полупроводниках p- и n-типа.

3Процессы, происходящие в месте контакта полупроводниковp- и n-

типа. Принципы действия электронно-дырочного p-n перехода в проводящем и в непроводящем направлениях.

4ВАХ диода. Влияние температуры на ВАХ диода. Отличие влияния температуры на сопротивление проводников и полупроводников.

5Предельно-допустимые значения и характеризующие параметры силовых диодов.

6Пробой p-n перехода и виды пробоев. Пояснить физику явления.

7Конструкция и особенности силовых диодов. Штыревые и таблеточные диоды.

8Лавинные диоды, их конструктивное выполнение и ВАХ.

9Система обозначений силовых диодов.

25

3 Исследование стабилитронов

3.1Цель работы: изучение теории работы, снятие ВАХ и определение параметров стабилитронов. Исследование работы стабилитрона в схеме стабилизации напряжения на нагрузке.

3.2Порядок выполнения работы

3.2.1 Паспортные параметры стабилитрона

Таблица 3.1 – Паспортные параметры стабилитрона КС510А

3.2.2 Снятие ВАХ стабилитрона

1.Изучить паспортные параметры стабилитрона КС510А (таблица 3.1).

2.Изучить схему для снятия ВАХ стабилитрона в прямом направлении (рисунок 3.1).

3.Рассчитать добавочное сопротивление RДОБ в схеме (рисунок 3.1) для снятия ВАХ стабилитрона в прямом направлении.

4.Собрать схему для снятия ВАХ стабилитрона в прямом направлении

(рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Схема для снятия ВАХ стабилитрона

впрямом направлении

5.Снять ВАХ стабилитрона в прямом направлении. Результаты занести в таблицу 3.2.

26

Таблица 3.2 – Результаты замера ВАХ кремниевого стабилитрона

6.Изучить схему для снятия ВАХ стабилитрона в обратном направлении (рисунок 3.2).

7.Рассчитать добавочное сопротивление RДОБ в схеме (рисунок 3.2) для снятия ВАХ стабилитрона в обратном направлении.

8.Собрать схему для снятия ВАХ стабилитрона в обратном направлении (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Схема для снятия ВАХ стабилитрона в обратном направлении

9.Снять ВАХ стабилитрона в обратном направлении. Результаты занести

втаблицу 3.2.

10.По данным таблицы 3.2 построить ВАХ стабилитрона в прямом и обратном направлениях.

11.По построенной ВАХ стабилитрона определить:

1)напряжение стабилизации UCT;

2)минимальный ток стабилизации ICT MIN;

3)максимальный ток стабилизации ICT MAX;

4)дифференциальное сопротивление в обратном направлении rT ОБР.

3.2.3Исследование процесса стабилизации напряжения на нагрузке при изменении напряжения питания

1. Изучить схему для исследования процесса стабилизации напряжения на нагрузке (рисунок 3.3).

27

Рисунок 3.3 – Схема исследования процесса стабилизации напряжения на нагрузке при изменении напряжения питания

2.Рассчитать величину сопротивления ограничительного резистораR0 в схеме по рисунку 3.3. Величину сопротивления нагрузки (RН) принять равной 2,2 кОм. Проверить возможность сохранения стабилизации при изменении питающего напряжения в этих пределах.

3.Собрать схему для исследования процесса стабилизации напряжения на нагрузке (рисунок 3.3). В качестве вольтметра V0 и V1 использовать АЦП модуля «Коннектор», а в качестве V2 – один из приборов модуля«Блок мультиметров».

4.Произвести замеры напряжения на нагрузке без стабилитрона(ключ К разомкнут) и со стабилитроном (ключ К замкнут), изменяя напряжение питания от 0 до 30 В. Результаты опыта занести в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 – Результаты замеров токов и напряжений в схеме исследования процесса стабилизации напряжения на нагрузке при изменении напряжения питания

28

5. Построить график зависимостей UR0 = f(UBX) при отсутствии и наличии стабилитрона.

6.Построить график зависимостей UН = f(UBX) при отсутствии и наличии стабилитрона.

7.В выводе выполнить сравнение кривых UR0 = f(UBX) и UН = f(UBX).

3.3 Контрольные вопросы

1.Теория работы стабилитрона.

2.Конструктивное выполнение и условное обозначение кремниевого стабилитрона (КС).

3.ВАХ, рабочий участок и рабочая точка КС.

4.Основные параметры КС.

5.Схема включения КС для стабилизации напряжения на нагрузке.

6.Назначение стабилитрона.

7.Назначение ограничительного сопротивления R0 в схеме. Расчет ограничительного сопротивления.

8.Процесс стабилизации напряжения на нагрузке при увеличении входного напряжения UВХ.

9.Процесс стабилизации напряжения на нагрузке уменьшении входного напряжения UВХ.

10.Проверка сохранения стабилизации напряжения на нагрузке при дан-

ном R0 и изменении UВХ от UВХ MIN до UВХ MAX.

11.Схема для получения более высокого стабилизированного напряжения, чем дает один КС.

12.Схема для получения более низкого стабилизированного напряжения, чем дает один КС.

13.Схема для получения напряжения более высокой стабильности.

14.Область применения КС.

15.Работа схемы по рисунку 3.3 при разомкнутом и замкнутом ключе К.

29