4 Электроника

Тема 4.1 Полупроводниковые приборы

Лабораторная работа № 7 Исследование характеристик полупроводниковых диодов

Цель работы: закрепление теоретических знаний по теме «Полупроводниковые диоды»; приобретение практических навыков в измерении параметров и характеристик полупроводниковых диодов.

Оборудование: Лабораторный стенд типа 87Л-01;

германиевый диод типа Д9Б;

кремниевый диод типа КД103А;

стабилитрон типа Д814А;

стабилитрон типа КС168.

Краткие теоретические сведения

Перед выполнением работы повторить материал, изложенный в [1].

Задания для студентов

Измерить вольтамперные характеристики заданных диодов; по ним рассчитать основные параметры полупроводниковых приборов; сравнить рассчитанные параметры с параметрами, указанными в справочнике.

Методика выполнения

В процессе выполнения работы снимаются прямые и обратные ветви вольтамперных характеристик кремниевого и германиевого диодов и стабилитронов.

1 Собрать схему измерения, показанную на рисунке 4.1, для снятия прямой ветви вольтамперной характеристики (ВАХ) полупроводникового диода. Для этого необходимо соединить: гнёзда макетной платы G1 с соответствующими гнёздами генератора тока ГТ, амперметра РА1 с гнёздами АВМ1, вольтметра PU1 с гнёздами АВМ2 соблюдая полярность. Установить исследуемый элемент (диод Д9Б) в соответствующее место на стенде.

2 Прибор АВМ1 установить в режим измерения токов на пределе измерения 10 мА. Рассчитать цену деления прибора. Данные занести в таблицу 4.1.

3 Прибор АВМ2 установить в режим измерения напряжения на предел измерения 1 В. Рассчитать цену деления прибора. Данные занести в таблицу 4.1.

4 Ручку регулятора генератора тока вывести в крайнее левое положение.

Пригласить преподавателя для проверки правильности сборки схемы, включить стенд после разрешения преподавателя.

Рисунок 4.1– Схема измерения прямой Рисунок 4.2 – Схема измерения

ветви вольтамперной характеристики обратной ветви вольтамперной

диода. характеристики диода.

Таблица 4.1– Таблица измерительных приборов

Обозначение	Назначение прибора	Блок стенда	Тип прибора	Предел измерения	Цена деления
IП	миллиамперметр	АВМ1
UП	вольтметр	АВМ2
IО	микроамперметр	АВМ0
UО	вольтметр	АВМ2

5 Произвести измерение прямого тока диода I_П, изменяя напряжение на диоде U_П с помощью регулятора генератора тока. Измерения вести до достижения значения прямого тока 10 мА. Результаты измерений занести в таблицу 4.2.

6 Выключить питание стенда заменить диод Д9Б на КД103А. Повторить измерения для диода КД103А.

7 После снятия прямой ветви ВАХ диодов отключить питание стенда.

Собрать схему измерения, показанную на рисунке 4.2, для снятия обратной ветви ВАХ полупроводникового диода.

Таблица 4.2 – Измерение прямой ветви ВАХ диодов

Тип прибора	UП (В)	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Д9Б	IП (мА)
КД103А	IП (мА)

8 Прибор АВ0 установить в режим измерения токов на предел измерения 10 мкА. Рассчитать цену деления прибора. Данные занести в таблицу 4.1.

9 Прибор АВМ2 установить в режим измерения напряжения на предел 50 В. Рассчитать цену деления прибора. Данные занести в таблицу 4.1.

10 Ручку регулятора ГН3 вывести в крайнее левое положение.

Пригласить преподавателя для проверки правильности сборки схемы. Включить стенд после разрешения преподавателя.

11 Произвести измерение обратного тока диода изменяя U_О диода с помощью регулятора генератора напряжения ГН3 от 0 до 40 В с шагом 5 В. Результат занести в таблицу 4.3.

12 Выключить питание стенда. Заменить диод Д9Б на КД103А. Повторить измерения для диода КД103А.

13 Выписать из справочника основные параметры стабилитронов Д814Б и КС168В.

14 Составить схемы для измерения вольтамперных характеристик стабилитронов. Составить таблицы для измерения вольтамперных характеристик данных стабилитронов. Показать схемы и таблицы преподавателю.

15 Снять вольтамперные характеристики стабилитронов. Результаты занести в соответствующие таблицы.

Таблица 4.3 – Таблица измерений обратной ветви ВАХ диодов

Тип диода	UО (В)	0	5	10	15	20	25	30	35	40
Д9Б	IО (мкА)
КД103А	IО (мкА)

Рекомендации по обработке и оформлению полученных результатов

1 Отчёт выполняется в тетради для лабораторных работ по дисциплине «Электроника и электротехника»

2 В отчёт необходимо включить номер лабораторной работы, тему работы, цель работы, перечень применяемого оборудования, схемы измерений, таблицу используемых приборов, таблицы измерений.

3 На основании проделанных измерений необходимо построить вольтамперные характеристики в различных масштабах для прямой и обратной ветвей. Для прямого и обратного включения диодов необходимо определить их сопротивление постоянному и переменному токам в точках, которые укажет преподаватель. Определить параметры диодов по вольтамперным характеристикам. Сравнить их со справочными данными.

4 Сделать вывод по результатам проделанной работы.

Вопросы для самоконтроля

1. Объяснить, почему прямое падение напряжения германиевого диода меньше чем кремниевого.

2. Какие из указанных диодов целесообразно использовать в схемах выпрямителей?

Д818Г, ГД107Б, 2Д202В, 2Д918А, АИ101А, 2В110Е, 2У102А, КВ104Б, КЦ405Г, 2С551А.

3. Можно ли в схеме из трёх последовательно включённых диодов для выравнивания обратных сопротивлений подключить параллельно каждому из диодов резисторы с сопротивлением 10 Ом?

4. Могут ли кремниевые стабилитроны работать в режиме теплового пробоя?

5. Изобразите схему параметрического стабилизатора напряжения.

6. Для стабилизации напряжения используется стабилитрон КС168В. Определить допустимые пределы изменения входного напряжения, если R_Н = 1,5 кОм, R_Б = 510 Ом.

7. Какие требования предъявляются к высокочастотным диодам? Укажите правильный ответ:

1. высокое обратное напряжение;

2. диод должен быть плоскостным;

3. диод должен иметь минимальную ёмкость;

4. большой участок насыщения в области обратных напряжений;

5. большая мощность рассеяния.

Рекомендуемая литература:

1 Гурнаков К. В. Электроника и электротехника. Конспект лекций.– с. 117 – 122.

Лабораторная работа № 8 Исследование характеристик биполярного транзистора

Цель работы: приобрести практические навыки в сборке схемы и снятии статических входных и выходных характеристик транзистора, включенного по схеме с общей базой и общим эмиттером; определить параметры транзистора по статическим характеристикам.

Оборудование: Лабораторный стенд типа 87Л-01

Германиевый транзистор типа МП40А

Краткие теоретические сведения

Перед выполнением работы повторить материал, изложенный в в [1].

Задания для студентов

Измерить вольтамперные характеристики заданных транзисторов; по ним рассчитать их основные параметры; сравнить рассчитанные параметры с параметрами, указанными в справочнике.

Методика выполнения

1 Ознакомится с приборами необходимыми для выполнения работы, и записать их технические данные в таблицу 4.4.

2 Собрать схему (рисунок 4.3) для измерения и показать её преподавателю для проверки.

3 Снять семейство входных характеристик транзистора включенного по схеме с ОБ I_Э = ƒ(U_ЭБ) при U_КБ = const. Установить напряжение U_КБ = 0 на ГН2 и, изменяя напряжение U_ЭБ от 0 до 0,25 В ступенями через 50 мВ, измерить ток эмиттера I_Э. Повторить измерения при напряжении U_КБ = –5 В и –10 В. Результаты измерений записать в таблицу 4.5.

4 Снять семейство выходных характеристик транзистора включенного по схеме с ОБ I_К =ƒ(U_КБ) при I_Э = const. Для этого установить ток эмиттера I_Э =0 мА и, изменяя напряжение на коллекторе U_КБ от 0 В до 10 В с шагом 2 В, измерить ток коллектора I_К. Повторить измерения при токе I_Э =1, 2, 3, 4, 5 мА. Результаты измерений записать в таблицу 4.6.

Таблица 4.4 — Таблица оборудования и приборов

Наименование	Тип	Предел измерения	Класс точности	Цена деления
Лабораторный макет	87 Л-01
Транзистор	МП 40А
Миллиамперметр		5 мА
Вольтметр		0,5 В
Миллиамперметр		5 мА
Вольтметр		10 В

Рисунок 4.3 – Схема измерения характеристик транзистора в схеме с общей базой

Таблица 4.5 – Таблица измерений входных статических характеристик транзистора в схеме с общей базой

UКБ, В	UЭБ, В
	0	0,05	0,1	0,15	0,2	0,25…
	IЭ, мА
0
-5
-10

5 По полученным данным построить семейство статических входных и выходных характеристик I_Э =ƒ(U_ЭБ) при U_КБ = const; I_К =ƒ(U_КБ) при I_Э = const.

6 По характеристикам определить h-параметры транзистора: h₁₁, h₁₂, h₂₁, h₂₂. Сравнить их со справочными данными.

Таблица 4.6 – Таблица измерений выходных статических характеристик транзистора в схеме с общей базой

UКБ, В	IЭ, мА
	0	1	2	3	4	5
	IК, мА
0
-2
-4
-6
-8
-10

7 Собрать схему (рисунок 4.4) для измерения и показать её преподавателю для проверки.

8 Снять семейство входных характеристик транзистора включенного по схеме с ОЭ I_Б =ƒ(U_БЭ) при U_КЭ = const. Установить напряжение U_КЭ = 0 на ГН2 и, изменяя напряжение U_БЭ от 0 до 0,5 В ступенями через 100 мВ, измерить ток базы I_Б. Повторить измерения при напряжении U_КЭ = –5 В и –10 В. Результаты измерений записать в таблицу 4.7.

9 Снять семейство выходных характеристик транзистора включенного по схеме с ОЭ I_К =ƒ(U_КЭ) при I_Б = const. Для этого установить ток базы I_Б = 0 мкА и, изменяя напряжение на коллекторе U_КЭ от 0 до 10 В с шагом 2,5 В, измерить ток коллектора I_К. Повторить измерения при токе I_Б =100, 200, 300, 400, 500 мкА. Ток базы поддерживать постоянным путём изменения напряжения на базе. Результаты измерений записать в таблицу 4.8.

10 Построить входные и выходные характеристики и определить параметры транзистора β, R_ВХ, R_ВЫХ в рабочей точке, указанной преподавателем. Сравнить их со справочными данными.

Рисунок 4.4 – Схема измерения характеристик транзистора в схеме с общим эмиттером.

Таблица 4.7 – Таблица измерений входных статических характеристик транзистора в схеме с общим эмиттером

UКЭ, В	UБЭ, мВ
	0	100	200	300	400	500
	IБ, мкА
0
-5
-10

Таблица 4.8 – Таблица измерений выходных статических характеристик транзистора в схеме с общим эмиттером

UКЭ, В	IБ, мкА
	0	100	200	300	400	500
	IК, мА
0
-2,5
-5
-7,5
-10

Рекомендации по обработке и оформлению полученных результатов

1 Отчёт выполняется в тетради для лабораторных работ по дисциплине «Электроника и электротехника»

2 В отчёт необходимо включить номер лабораторной работы, тему работы, цель работы, перечень применяемого оборудования, схемы измерений, таблицу используемых приборов, таблицы измерений.

3 На основании проделанных измерений необходимо построить входные и выходные статические характеристики. По характеристикам определить параметры транзисторов. Сравнить их со справочными данными.

4 Сделать вывод по результатам проделанной работы.

Вопросы для самоконтроля

1 Объясните физический смысл коэффициента переноса носителей в базе.

2 Чем обусловлено появление обратного тока коллектора? Найдите правильный вариант ответа:

1. основными носителями заряда в области коллектора;

2. неосновными носителями заряда базы и коллектора;

3. основными носителями заряда базы;

4. правильного ответа нет.

3 Коэффициент передачи тока β = 97. Найдите величину коэффициента передачи тока α.

4 Чем объяснить принципиальную возможность усиления электрических сигналов с помощью транзистора?

5 Как объяснить название транзистора — «биполярный»?

6 Какой из р-n переходов транзистора обычно имеет большую площадь? Найдите правильный ответ:

1) эмиттерный переход;

2. коллекторный переход;

3. площадь р-n переходов в транзисторе одинакова.

7 Транзистор типа ГТ305А включен в схему с общим эмиттером. В каком режиме работает транзистор, если U_БЭ = +0,4 В и U_КЭ = – 10 В?

8 Как называются статические характеристики транзистора, записанные в виде:

I_Б = f (U_БЭ) при U_КЭ = const,

I_Э = f (U_ЭБ) при U_КБ = const,

I_К = f (U_КБ) при I_Э = const,

I_К = f (U_КЭ) при I_Б = const.

Рекомендуемая литература:

1 Гурнаков К. В. Электроника и электротехника. Конспект лекций.– с. 123 – 135.

Лабораторная работа № 9 Исследование характеристик полевого транзистора

Цель работы: приобрести практические навыки в сборке схемы и снятии статических входных и выходных характеристик полевого транзистора, включенного по схеме с общим истоком; определить параметры транзистора по статическим характеристикам.

Оборудование: лабораторный стенд типа 87Л-01;

полевой транзистор типа КП103_ (букву смотреть на приборе)

Краткие теоретические сведения

Перед выполнением работы повторить материал, изложенный в [1].

Задания для студентов

Измерить стокозатворную и стоковую характеристики полевого транзистора; по ним рассчитать основные параметры полевого транзистора; сравнить их с параметрами, указанными в справочнике.

Методика выполнения

1 Ознакомится с приборами необходимыми для выполнения работы, и записать их технические данные в таблицу 4.9.

Таблица 4.9 – Таблица оборудования и приборов

Наименование	Тип	Предел измерения	Класс точности	Цена деления
Лабораторный макет	87 Л-01
Транзистор	КП 103_
Вольтметр		5 В
Миллиамперметр		5 мА
Вольтметр		10 В

2 Собрать схему (рисунок 4.5) для измерения характеристик и показать её преподавателю для проверки.

Рисунок 4.5 – Схема измерения характеристик полевого транзистора в схеме с общим истоком

3 Снять стокозатворную характеристику полевого транзистора включенного по схеме с ОИ I_С = ƒ(U_ЗИ) при U_СИ = const. Установить напряжение U_СИ = 7 В на ГН2 и, изменяя напряжение U_ЗИ с помощью генератора напряжения ГН1 от 0 В до крайнего положения регулятора напряжения ступенями через 0,5 В, измерить ток стока I_С. Результаты измерений записать в таблицу 4.10.

Таблица 4.10 – Таблица измерений стокозатворной характеристики полевого транзистора в схеме с общим истоком

UСИ,В	UЗИ, В
	0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	…
	IС, мА
-5

4 Снять семейство выходных характеристик полевого транзистора включенного по схеме с ОИ I_C = ƒ(U_СИ) при U_ЗИ = const. Для этого установить напряжение затвор-исток U_ЗИ = 0 В и, изменяя напряжение на стоке U_СИ от 0 В до 7 В с шагом 1 В, измерить ток стока I_C. Повторить измерения при напряжении

U_ЗИ = 1,0; …; 4 В. Результаты измерений записать в таблицу 4.11.

Таблица 4.11 – Таблица измерений выходных статических характеристик полевого транзистора в схеме с общим истоком

UСИ, В	UЗИ, В
	0	1,0	2,0	3,0	4,0	…
	IС, мА
0
–1
…
–7

5 По полученным данным построить стокозатворную характеристику

I_С = ƒ(U_ЗИ) при U_СИ = const и семейство статических выходных (стоковых) характеристик I_C = ƒ(U_СИ) при U_ЗИ = const.

Рекомендации по обработке и оформлению полученных результатов

1 Отчёт выполняется в тетради для лабораторных работ по дисциплине «Электроника и электротехника»

2 В отчёт необходимо включить номер лабораторной работы, тему работы, цель работы, перечень применяемого оборудования, схемы измерений, таблицу используемых приборов, таблицы измерений.

3 На основании проделанных измерений необходимо построить стоко-затворную характеристику I_С = ƒ(U_ЗИ) при U_СИ = const и семейство выходных характеристик полевого транзистора включенного по схеме с ОИ I_C = ƒ(U_СИ) при

U_ЗИ = const. По характеристикам определить параметры полевого транзистора. Сравнить их со справочными данными.

4 Сделать вывод по результатам проделанной работы.

Вопросы для самоконтроля

1 Укажите основные преимущества полевых транзисторов перед биполярными. Найдите правильный ответ:

а) высокое входное сопротивление;

б) более высокая граничная частота;

в) больше допустимая мощность, рассеиваемая прибором;

г) шире температурный режим работы;

д) более стабильные параметры.

2 Как называются характеристики полевого транзистора, записанные в виде:

I_С = f (U_СИ) при U_ЗИ =const, I_С = f (U_ЗИ) при U_С =const.

3 Чем отличаются полевые транзисторы с р-n переходом от транзисторов с изолированным затвором?

4 Изобразите ВАХ полевого транзистора с р-n переходом.

5 Изобразите ВАХ полевого транзистора с изолированным затвором и встроенным каналом.

6 Изобразите ВАХ полевого транзистора с изолированным затвором и индуцированным каналом.

Рекомендуемая литература:

1 Гурнаков К. В. Электроника и электротехника. Конспект лекций.– с. 135 – 140.