Івано-Франківський національний технічний

університет нафти і газу

Кафедра методів та приладів контролю якості і сертифікації продукції

Р. Т. Боднар, В. Б. Біліщук

ЕЛЕКТРОНІКА

ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ

Частина 1

2010

Міністерство освіти і науки України

Івано-Франківський національний технічний

університет нафти і газу

Р. Т. Боднар, В. Б. Біліщук

ЕЛЕКТРОНІКА

ЧАСТИНА 1

ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ

Для студентів спеціальності

“Приладобудування"

Освітньо-кваліфікаційного рівня

7.090903 – спеціаліст

Рекомендовано методичною радою університету

Івано-Франківськ

2010

МВ 02070855-3200-2010

Боднар Р. Т., Біліщук В. Б. Електроніка. Лабораторний практикум. Частина 1. / Р.Т.Боднар, В.Б.Біліщук. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2010. – 53 с.

Лабораторний практикум складений згідно з робочою програмою дисципліни "Електроніка" і призначено для студентів спеціальності "Прилади та системи неруйнівного контролю" освітньо-кваліфікаційного рівня 7.090903 – спеціаліст очної і заочної форм навчання.

У лабораторному практикумі коротко викладені основні теоретичні відомості та хід роботи для кожної лабораторної роботи з розділу "Елементи та пристрої аналогової техніки" курсу "Електроніка", контрольні питання з теоретичної та практичної частин лабораторних робіт.

Рецензент: докт. техн. наук, доцент кафедри "Методи та прилади контролю якості та сертифікації продукції" Середюк О. Є.

Рекомендовано методичною радою університету

(протокол № 7 від 23.09.2010р.)

© Боднар Р. Т., Біліщук В. Б., 2010

© ІФНТУНГ, 2010

ЗМІСТ

Вступ 4

Правила техніки безпеки в лабораторії радіоелектроніки 6

Лабораторна робота № 1 Ознайомлення з будовою, характеристиками і параметрами напівпровідникових діодів 8

Лабораторна робота № 2 Дослідження характеристик RC-фільтрів 14

Лабораторна робота № 3 Дослідження роботи електронного ключа 21

Лабораторна робота № 4 Дослідження напівпровідникового тріода 25

Лабораторна робота № 5 Дослідження однокаскадного транзисторного підсилювача із спільним емітером 30

Лабораторна робота № 6 Дослідження роботи диференціюючих і інтегруючих ланок 34

Лабораторна робота № 7 Дослідження роботи однофазних випрямлячів 38

Лабораторна робота № 8 Дослідження електронного стабілізатора напруги 42

Лабораторна робота № 9 Дослідження коливальних контурів 45

Лабораторна робота № 10 Дослідження амплітудних детекторів 49

Рекомендована література 53

ВСТУП

Виконання лабораторної роботи першої частини курсу “Елементи та пристрої електронної апаратури” слід починати із ознайомлення з метою і завданням лабораторної роботи, яка включає основні відомості про будову, принцип роботи, характеристики електричних елементарних пристроїв аналогової техніки. До них відносяться випрямлячі, електронні ключові пристрої, підсилювачі, генератори, фільтри, стабілізатори і т.п.

Усі пункти лабораторного завдання виконуються послідовно. Роботі в лабораторії передує підготовка студента до певної лабораторної роботи, яка включає:

а) вивчення коротких теоретичних відомостей;

б) вивчення домашнього завдання.

Для побудови характеристики – мінімальна кількість точок для залежностей близьких до лінійних – п’ять. Частота точок повинна збільшуватися при наявності швидких змін досліджуваної залежності.

За даними вимірювань будуються графіки, які додаються до звіту про виконану роботу.

Після завершення оформлення, звіт здається викладачу. Робота вважається зданою, якщо вона прийнята викладачем після захисту.

Конкретні задачі для студента вказані в кожній лабораторній роботі.

Звіт має бути складений з кожної виконаної лабораторної роботи. Він оформляється на спеціальних бланках або в окремих зошитах. Звіт включає: найменування лабораторної роботи, дату її виконання та мету; перелік устаткування, апаратури та комплектуючих елементів, використаних при виконанні лабораторної роботи; порядок її виконання та висновки.

Крім того, у звіт заносяться результати експериментальних досліджень у вигляді таблиці. Здобуті дані необхідні для наступних оброблення та побудови різних залежностей. Ця робота виконується вдома. Звіт має бути складений так, щоб у ньому чітко проглядалися: мета лабораторної роботи, методика вимірювання окремих величин, порядок виконання лабораторної роботи, розрахунок окремих величин, результати у вигляді таблиць і графіків, а також висновки.

У звіті використовуються формули та одиниці фізичних величин у Міжнародній системі (SI), а на електричних схемах умовні позначення елементів повинні відповідати чинним державним стандартам.

Електричні схеми креслять олівцем, використовуючи трафаретну лінійку або креслярські інструменти. Графіки виконують на міліметровому папері й уклеюють у звіт.

У кінці звіту мають бути зроблені висновки, що підтверджують відповідність експериментальних даних теоретичним значенням.

Правила техніки безпеки в лабораторії радіоелектроніки

При підготовці до виконання лабораторної роботи студентам слід ознайомитися з її змістом, використовуючи інструкцію та додаткову літературу.

Студенти повинні дотримуватися таких правил поведінки в лабораторії:

• входити в неї тільки з викладачем;

• займати робочі місця в лабораторії відповідно до графіка виконання робіт;

• не йти з робочого місця без дозволу викладача;

• мати робочий зошит для записів ходу виконання лабораторних робіт і бланки звітів;

• виявивши несправність у приладах, апаратах та інших пристроях, повідомити про це негайно викладача;

• після виконання лабораторної роботи кожний студент повинен здати робоче місце, устаткування та прилади викладачеві.

Категорично забороняється:

• виконувати вмикання та різні перемикання на невивченому устаткуванні;

• вмикати електричні схеми без дозволу викладача.

При порушенні правил техніки безпеки в лабораторії можуть відбуватися виробничі травми, тому необхідно дотримуватися таких правил:

• перш ніж розпочати складання схеми, переконатися в тому, що всі ручки тумблерів і автоматів знаходяться у вимкненому стані;

• переконатися в справності ізоляції з’єднувальних приводів;

• перед початком складання схеми ознайомитися з інструкцією та методикою виконання лабораторної роботи;

• перед перемиканням у схемі обов’язково вимкнути джерело живлення;

• при складанні електричних кіл уникати перетину з’єднувальних проводів; невикористані проводи слід забрати з робочого місця;

• після складання схеми перевірити надійність її електричних з’єднань;

• при складанні кіл знижувального трансформатора пам’ятати про небезпеку помилкового з’єднання обмотки низької напруги з проводами мережі;

• перед початком роботи перевірити справність заземлюючих проводів і їх приєднання до радіовимірювальних приладів;

• про всі перемикання в схемі попередити викладача;

• виявивши несправність у приладах, які знаходяться під напругою, негайно від’єднати їх від мережі та повідомити про це викладача.

Лабораторія радіоелектроніки повинна бути укомплектована захисними та протипожежними засобами відповідних до чинних правил і інструкцій.

У лабораторії забороняється:

• перевіряти пальцями наявність напруги на струмопровідних частинах елементів (напруги на затискачах приладів або елементах схеми необхідно перевіряти тільки вимірювальними приладами);

• торкатися руками відкритих струмопровідних частин приладів і апаратів, які знаходяться під напругою;

• розмикати кола з великою індуктивність або ємністю без попереднього їх розрядження;

• складати електричні кола під напругою;

• користуватися проводами без наконечників або штекерів;

• вмикати прилади без дозволу викладача;

• залишати під напругою складену електричну схему;

• самостійно усувати несправності приладів і апаратів;

• після подавання високої напруги торкатися проводів, навіть якщо вони ізольовані.

1Лабораторна робота № 1

ОЗНАЙОМЛЕННЯ З БУДОВОЮ, ХАРАКТЕРИСТИКАМИ І ПАРАМЕТРАМИ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ДІОДІВ

Мета роботи: Дослідження вольт-амперних характеристик напівпровідникових (н/п) діодів

1. Короткі теоретичні відомості

Більшість напівпровідників має кристалічну структуру. Атоми хімічних елементів складаються із ядра і електронів. В періодичній таблиці Менделєєва порядковий номер хімічного елемента відповідає кількості електронів в електронній оболонці атома. Напівпровідникові матеріали за величиною об’ємного опору займають проміжне місце між провідниками та діелектриками і який становить 10^-6-10^-8 Омм. Енергія електрона в електронній оболонці не рівномірна, що в свою чергу визначає кількість його руху. Механізм провідності твердого тіла напівпровідника пояснюється зонною теорією. Для описання процесів, які проходять в зоні, розглядають дві зони (рис. 1.1):

1) зона провідності; 2) валентна зона

Рисунок 1.1 – Енергетична діаграма напівпровідників

При певних умовах зона провідності вільна, а валентна зона заповнена, тобто більш енергонасичена. В зв’язку з цим електрони валентної зони можуть легко перейти в зону провідності, де нагромаджується надлишок електронів, а в валентній зоні залишаються вакантні місця (дірки). В германію і кремнію є по чотири валентних електрони. Внаслідок теплової дії або зовнішнього енергетичного впливу на кристали н/п збільшується їх провідність внаслідок переходу валентних електронів в провідну зону (електронна провідність) або діркова електропровідність, коли основними носіями дірки. При цьому слід замітити, що дірки не переміщаються подібно іонам в електроліті, а лиш відбувається іонізація нерухомих атомів кристалу. Якщо ввести в чистий кристал домішку, то це приведе до створення додаткових рівнів енергії донорних і акцепторних. Донорні домішки створюють надлишок електронів над кількістю дірок і викликають електронну провідність п-типу. Акцепторні домішки створюють діркову провідність р-типу.

Розглянемо будову і властивості р-п-переходу (рис. 1.2).

Рисунок 1.2 – Будова p-n переходу

Кристал н/п складається із п-області і потенціального р-п бар’єру.

При відсутності зовнішнього поля в кристалі існує внутрішнє електричне поле, яке виникає в області електронно-діркового пере­ходу, і називається електричним полем потенціального бар’єру.

Якщо зовнішнє джерело включити в прямому (ослаблюючи ба­р'єр) напрямку до р-п переходу, то в зовнішньому колі потече струм (І_пр.) (рис. 1.3).

Рисунок 1.3 – Пряме ввімкнення p-n переходу до зовнішнього джерела струму

Цей струм буде збільшуватися до тих пір, поки напруженість зов­нішнього поля не буде більша потенціалу бар’єра, внаслідок чого зміниться напрям результуючого поля і замість дифузії почнеться дрейф основних носіїв заряду обох знаків.

Якщо полярність зовнішнього джерела змінити, то в колі буде протікати І_зв, викликаний неосновними носіями зарядів, так як основні носії зарядів не будуть проходити через бар’єр.

Із вище сказаного випливає, що в зовнішньому колі при певно­му ввімкненні н/п може протікати струм, величина якого в багато разів відрізняється одна від одної, тобто р-п перехід має влас­тивість односторонньої провідності.

На цьому принципі побудовані діоди, які позначаються як вен­тиль (рис. 1.4), де І_пр. – величина струму в прямому ввімкненні р-п переходу.

Рисунок 1.4 – Умовне графічне позначення напівпровідникового діода

Рівняння вольт-амперної характеристики діода має вигляд:

(1.1)

де І – струм прямий або зворотній залежно від знаку прикла­деної напруги U; – зворотній струм при температурі Т;

– температурний потенціал;

де K – постійна Больцмана; Т – температура, К.

Вольт-амперна характеристика діода приведена на (рис. 1.5).

Рисунок 1.5 – Вольт-амперна характеристика діодів

Залежно від пробою p-п переходу розрізняють п’ять його ме­ханізмів:

1) тунельний;	4) поверхневий;
2) лавинний;	5) вторинний.
3) тепловий;

Залежно від фізичних властивостей діоди діляться на:

1) випрямляючі;	4) імпульсні;
2) стабілітрони;	5) тунельні;
3) високочастотні;	6) фотодіоди тощо.

Залежно від виконання діоди мають ті чи інші параметри і відповідно характеристики.

2. Завдання для самостійної підготовки

   1. Вивчити короткі теоретичні відомості про будову і принцип дії н/п діодів.

   2. Вивчити марки і умовні позначення діодів.

   3. Записати формули для визначення параметрів діодів.

3. Лабораторне завдання

   1. Ознайомитися з макетом і приладами, що використовуються в ро­боті: міліамперметр, вольтметр (рис. 1.6).

Рисунок 1.6 – Електрична схема дослідної установки

2. Скласти програму і обчислити згідно формули характеристику .

3. Зняти залежність для вказаних елементів.

4. Побудувати графіки отриманих залежностей і знайти параметри, а також характеристики, вказані індивідуально для кожного сту­дента.

5. Порівняти отримані параметри з теоретичними і зробити висновки.

1. Контрольні питання

   1. Поясніть принцип роботи діода.

   2. Привести характеристику двох з’єднаних діодів, коли їх характе­ристики окремо відомі:

   3. а) паралельне з’єднання;

   4. б) послідовне з’єднання.

   5. Поясніть чому характеристика діода нелінійна?

   6. Поясніть, чому не симетрична характеристика діода відносно по­чатку координат?

   7. Чим відрізняється характеристика випрямляючого діода від тунель­ного?

   8. Поясніть принцип роботи варікапа і його характеристику.

   9. Як впливає температура на вольт-амперну характеристику діода?

   10. Чим відрізняються діоди КС133, КС156, Д816, КД532?

   11. Якими параметрами характеризуються НВЧ-діоди?

   12. Що таке струм дифузії і дрейфу р-п переходу? В якому випадку вони рівні.

   13. Яка причина виникнення теплового пробою в p-п переході?