Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Ю. В. МУТОВИН

Твердотельная электроника

ПРАКТИКУМ

Издательство

Томского политехнического университета

Томск 2007

ББК 32.852

УДК 621.382.2/3(075.8)

М 92

Мутовин Ю. В.

М 92 Твердотельная электроника: практикум / Ю. В. Мутовин. Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2007. – 113 с.

Практикум предназначен для студентов, обучающихся по направлению 210100(550700) «Электроника и микроэлектроника»; включает в себя пять лабораторных работ по исследованию статических характеристик и параметров некоторых типов полупроводниковых приборов, в частности диодов, стабилитронов, биполярных и полевых транзисторов, тиристоров, а также оптоэлектронных приборов; содержит необходимые теоретические сведения, программу, методические указания и контрольные вопросы по каждой лабораторной работе.

ББК 32.852

УДК621.382.2/3(075.8)

Рекомендовано к печати Редакционно-издательским советом

Томского политехнического университета

Рецензенты

Доктор технических наук, нач. отдела № 38 ФГУП НПЦ «Полюс»

Ю.М. Казанцев

Кандидат технических наук, зав. лаб. № 43 НИИ Интроскопии г. Томска

М.М. Штейн

 Томский политехнический университет, 2007

 Оформление. Изд–во Томского политехнического ун–та, 2007

 Мутовин Ю. В., 2007

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Твердотельная электроника» является важным звеном специальной подготовки бакалавров по направлению «Электроника и микроэлектроника» и инженеров по специальности «Промышленная электроника», обеспечивая необходимую теоретическую базу для последующего изучения ряда дисциплин схемотехнического цикла.

Основная задача изучения дисциплины дать будущим специалистам в области разработки и применения современных электронных устройств необходимый объем знаний, обеспечивающий грамотное использование разнообразных полупроводниковых приборов в электронных схемах различного назначения.

Развитие умения и навыков грамотного выбора полупроводникового прибора и режима его работы, исходя из требований к конкретному устройству, во многом определяет надежность, энергетические показатели, быстродействие, габариты, массу и другие технико-экономические характеристики разрабатываемой электронной аппаратуры.

Предлагаемый лабораторный практикум посвящен изучению полупроводниковых приборов: диодов, биполярных и полевых транзисторов, тиристоров и оптоэлектронных приборов, нашедших широкое применение на практике при создании различной электронной аппаратуры.

Практикум включает в себя пять лабораторных работ с программой и методическими указаниями по их выполнению. Теоретические сведения, методические указания и контрольные вопросы по каждой лабораторной работе позволяют студентам более детально разобраться с принципом работы исследуемых приборов и приобрести практические навыки работы с измерительными приборами, сборки и настройки простейших электронных схем.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Лабораторные работы по дисциплине «Твердотельная электроника» проводятся фронтально на шести универсальных стендах, содержащих наборные поля. Схемы собираются из соответствующих модулей с расположенными на них различными электронными элементами, соединения выполняются с помощью комплекта проводников. Каждое рабочее место, кроме стенда, укомплектовано двухканальным осциллографом С1-69, генератором синусоидальных сигналов ГЗ-102 и генератором импульсов Г5-54.

Лабораторный стенд содержит комплект измерительных приборов установленных на вертикальной передней панели стенда, комплект регулируемых и нерегулируемых источников напряжения, ручки управления которыми расположены на горизонтальной панели стенда, на которой собирается схема для проведения тех или иных измерений. Комплект измерительных приборов содержит два идентичных цифровых вольтметра и два широкодиапазонных амперметра.

Цифровой вольтметр предназначен для измерения постоянного и переменного напряжения от 0,1 до 300 В с тремя поддиапазонами 3, 30, и 300 В. Разрешающая способность прибора равна 1, 10 и 100 мВ в зависимости от выбранного поддиапазона. Контроль, за работой и выбор рода напряжений вольтметра осуществляется четырехклавишным переключателем. При нажатии верхней кнопки «Установка 0» вход вольтметра отключается от измерительной цепи и соединяется с общим проводом. При этом на цифровом табло высвечиваются нули. При показаниях прибора, отличных от нуля, расположенная рядом ручка переменного резистора позволяет выставить его. При нажатии нижней клавиши «Калибровка» на цифровом табло должно высвечиваться калибровочное число, нанесенное рядом с клавишей. На переднюю панель также выведена ручка переменного резистора, позволяющая подстроить калибровку. Клавиши переключателя имеют независимую фиксацию, поэтому калибровку и установку «0» можно производить независимо от того, нажата или отпущена одна из кнопок «Постоянное напряжение», помеченная знаком (­­­­­­­­­­– ), или «Переменное напряжение», помеченная знаком (~).

Большинство измерений, проводимых в лабораторных работах, не требуют столь высокой точности и разрешающей способности, которую может обеспечить цифровой вольтметр. Поэтому рядом с цифровым табло расположен тумблер, позволяющий отключить индикацию младшего разряда. Это ускоряет процесс измерений и облегчает последующее построение графиков. Если измеряемая величина выходит за пределы измерения, то в знаковом разряде цифрового табло высвечивается буква (П).

Можно порекомендовать следующий порядок работы с вольтметром. После сборки исследуемой схемы, установить род измеряемого напряжения и предел измерения, нажать копку «Установка 0» и включить тумблер «Сеть» вольтметра. Дать прогреться вольтметру 1–2 минуты, после чего произвести подстройку нуля, далее выполнить калибровку прибора и приступить к проведению измерений.

Амперметр предназначен для измерений величины постоянного тока. Выбор предела измерения осуществляется нажатием соответствующей клавиши, рядом с которой выгравировано конечное значение шкалы стрелочного прибора. Амперметр имеет ручку «Установка 0». Для проверки и коррекции нуля можно не отключая амперметр от измерительной схемы, отпустить все клавиши переключателя поддиапазонов. При этом вход амперметра замыкается накоротко.

Для облегчения измерений, при которых изменяется направление тока, амперметр снабжен переключателем полярности. Необходимо помнить, что знак (+) или (–) переключателя полярности соответствует истинному направлению тока, если вход амперметра подключен в соответствии с выбранным положительным направлением тока.

Лабораторный стенд содержит два мощных регулируемых и стабилизированных источника напряжения. Панели управления этими источниками расположены справа и слева от наборного поля. Справа расположен источник Е1 с диапазонами регулировки от 0 до 25 В и от 0 до 250 В. Переключение диапазонов регулировки напряжения осуществляется тумблером, а регулировка напряжения одним и тем же потенциометром. На передней панели этого источника расположен тумблер включения всего стенда. Расположенный слева источник Е2 имеет также два диапазона регулировки от 0 до 25 В и от 0 до 250 В, переключение диапазонов регулировки осуществляется тумблером, а регулировка напряжения одним и тем же потенциометром. Напряжения источников выведены на гнезда, также расположенные на панели управления. Источники Е1 и Е2 обеспечивают при 25 В ток до 1 А, а при 250 В до 70 мА. Начиная с этих значений, источники переходят в режим стабилизации тока, и при дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки ток не меняется, а напряжение на выходе начинает падать.

Нерегулируемые источники постоянного и переменного напряжений, а также маломощный регулируемый источник напряжения с диапазоном изменяемого напряжения от +12 В до – 12 В выведены на гнезда, расположенные в нижней части наборного поля. Последний источник удобен тем, что позволяет получить знакопеременное напряжение. Он предназначен для питания баз и затворов транзисторов, его ток нагрузки не должен превышать 1 мА.

Наборное поле позволяет быстро собрать исследуемую схему, элементы которой смонтированы на микромодулях с контактами. Этими контактами микромодули соединяются с гнездами наборного поля. Гнезда наборного поля объединены в группы, состоящие каждая из трех горизонтально электрически соединенных гнезд. Один горизонтальный ряд с гнездами желтого цвета, которые соединены между собой. Этот ряд гнезд рекомендуется использовать в качестве общего провода. Такая структура наборного поля позволяет собирать требуемые схемы с минимальным количеством внешних соединительных проводов.