Сборник методических указаний для выполнения лабораторно-практических заданий по дисциплине «Элементная база телекоммуникационных систем»
.pdfМинистерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (СибГУТИ)
И. Б. Елистратова А. Е. Аникеева
Сборник методических указаний для выполнения лабораторно-практических заданий
по дисциплине «Элементная база телекоммуникационных систем»
Новосибирск
2024
1
УДК 621.38(076.5)
Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ
Рецензент канд. техн. наук, доц. Н.И. Смоленцев
Елистратова, И. Б. Сборник методических указаний для выполнения лабораторно-практических заданий по дисциплине «Элементная база телекоммуникационных систем» / И. Б. Елистратова, А. Е. Аникеева ; Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, кафедра фотоники в телекоммуникациях. – Новосибирск, 2024. – 34 с.
Приведены методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Элементная база телекоммуникационных систем», вопросы для самоконтроля и необходимые приложения. Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств», 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника».
©Елистратова И.Б., Аникеева А.Е., 2024
©Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2024
2
|
|
Содержание |
|
Методические указания к лабораторно-практическому занятию №1 |
5 |
||
Исследование ВАХ полупроводниковых выпрямительных диодов |
|
||
1 |
Теоретический материал |
5 |
|
2 |
Этапы выполнения лабораторно-практического задания №1 |
6 |
|
|
2.1 |
Выбор выпрямительного диода |
6 |
|
2.2 |
Анализ зависимости прямого тока от напряжения |
6 |
|
2.3 |
Анализ зависимости обратного тока от напряжения |
8 |
3 |
Содержание отчета |
9 |
|
Методические указания к лабораторно-практическому занятию №2 |
10 |
||
Исследование ВАХ стабилитронов |
|
||
1 |
Теоретический материал |
10 |
|
2 |
Этапы выполнения лабораторно-практического задания №2 |
11 |
|
|
2.1 |
Выбор стабилитрона |
11 |
2.2Анализ зависимости тока стабилизации от напряжения 12 стабилизации
2.3Исследование зависимости прямого тока от прямого напряжения 13 стабилитрона
3 |
Содержание отчета |
14 |
|
Методические указания к лабораторно-практическому занятию №3 |
15 |
||
Исследование формирователей возбуждающих напряжений светодиодов |
|
||
1 |
Этапы выполнения лабораторно-практического занятия №3 |
15 |
|
|
1.1 |
Выбор типа светодиода |
15 |
|
1.2 |
Исследование вольт-амперной характеристики светодиода |
15 |
|
1.3 |
Работа формирователя с низким активным уровнем |
16 |
|
1.4 |
Работа формирователя с высоким активным уровнем |
17 |
2 |
Содержание отчета |
18 |
|
Методические указания к лабораторно-практическому занятию №4 |
19 |
||
Исследование схем на биполярных транзисторах |
|
||
1 |
Теоретический материал |
19 |
|
2 |
Этапы выполнения лабораторно-практического занятия №4 |
19 |
|
|
2.1 |
Определение работоспособности схемы на n-p-n-транзисторе |
19 |
|
2.2 |
Исследование входной и передаточной характеристик n-p-n- 22 |
|
|
|
транзистора |
|
3 |
Содержание отчета |
22 |
|
Методические указания к лабораторно-практическому занятию №5 |
23 |
||
Исследование характеристик полевых транзисторов с управляющим p-n- |
|
||
переходом |
|
||
1 |
Теоретический материал |
23 |
|
2 |
Этапы выполнения лабораторно-практического задания №5 |
23 |
|
|
2.1 Расчет характеристик транзисторов с управляющим p-n- |
23 |
|
|
|
переходом |
|
|
2.2 |
Экспериментальная часть |
25 |
|
|
3 |
|
3 |
Содержание отчета |
26 |
|
Методические указания к лабораторно-практическому занятию № 6 |
27 |
||
Исследование характеристик полевых транзисторов с индуцированным |
|
||
каналом |
|
|
|
1 |
Теоретический материал |
27 |
|
2 |
Этапы выполнения лабораторно-практического задания №6 |
27 |
|
|
2.1 |
Выбор транзистора с индуцированным каналом |
27 |
|
2.2 |
Расчет параметров стоко-затворных характеристик ПТ с |
28 |
|
|
индуцированным каналом |
|
|
2.3 |
Измерение параметров стоко-затворных характеристик ПТ с |
29 |
|
|
индуцированным каналом |
|
3 |
Содержание отчета |
29 |
|
Вопросы для самоконтроля |
30 |
||
Библиография |
33 |
||
4
Методические указания к лабораторно-практическому занятию №1
ИССЛЕДОВАНИЕ ВАХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ ДИОДОВ
Цель работы:
Проанализировать зависимость тока от напряжения для различных типов выпрямительных диодов.
1 Теоретический материал
Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода представлена на рисунке 1.1. На оси y отмечен максимально допустимый прямой ток при рабочем режиме диода и максимально допустимый обратный ток. На оси х отмечено допустимое максимальное прямое напряжение, максимально допустимое обратное напряжение и напряжение электрического пробоя.
Рисунок 1.1 – Вольт-амперная характеристика диода
ВАХ диода можно описать математической формулой 1.1.
|
I |
пр |
+ I |
|
|
|
|
|
|
|
o |
|
|||
Uпр = T |
ln |
|
|
|
|
, |
(1.1) |
|
I0 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|||
где: разность потенциалов φТ принять равным 25 мВ; |
|
||||||
ток насыщения Iобр max = |
I0 принять равным 2,48·10-11А. |
|
|||||
5
2 Этапы выполнения лабораторно-практического задания №1
2.1 Выбор выпрямительного диода
Для выполнения лабораторной работы необходимо выбрать полупроводниковый диод в соответствии с вариантом. Варианты представлены в таблице 2.1. В таблицу 2.2 занести основные характеристики стабилитрона, выбранного в соответствии с вариантом.
Таблица 2.1 – Характеристики диодов
ВАРИАНТЫ |
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ |
Forward Current, мА |
Reverse Voltage, |
|
|
|
В |
1 |
Zelex FMMV2107 |
200 |
30 |
|
|||
|
|
|
|
2 |
Zelex BAS20 |
200 |
150 |
|
|||
|
|
|
|
3 |
Zelex BAS16 |
250 |
85 |
|
|||
|
|
|
|
4 |
Zelex BAV70 |
300 |
53 |
|
|||
|
|
|
|
5 |
Zelex BAL74 |
150 |
50 |
|
|||
|
|
|
|
6 |
Zelex BAS19 |
200 |
100 |
|
|||
|
|
|
|
7 |
Zelex BAS21 |
200 |
200 |
|
|||
|
|
|
|
8 |
Zelex FMMV2109 |
200 |
30 |
|
|||
|
|
|
|
9 |
Zelex FMMD914 |
225 |
75 |
|
|||
|
|
|
|
10 |
Zelex FMMV2107 |
200 |
30 |
|
|||
|
|
|
|
В таблице 2.1 Forward Current – это предельно допустимый постоянный прямой ток; Reverse Voltage – предельно допустимое обратное напряжение.
Таблица 2.2 – Параметры выбранного выпрямительного диода
Вариант |
Тип диода |
Forward Current, мА |
Reverse Voltage, В |
|
|
(FCmax) |
(RVmax) |
|
|
|
|
2.2 Анализ зависимости прямого тока от напряжения
Лабораторная работа состоит из двух частей. Первоначально необходимо рассчитать зависимость прямого тока от напряжения по формуле 1.1, далее
6
провести экспериментальные измерения, используя систему моделирования
Electronics Workbench (EWB).
2.2.1 Рассчитанные значения Значения тока, рассчитанного с учетом множителей, приведенных во
втором столбце таблицы 2.3, и значения напряжения, рассчитанные по формуле 1.1, занести в таблицу 2.3.
Таблица 2.3 – Рассчитанные значения зависимости прямого тока от прямого напряжения
|
|
FCmax=…., мА |
FV, В |
|
№ |
формула |
|
Рассчитанное |
|
|
|
|
значение FC, мА |
|
1 |
2 |
|
3 |
4 |
1 |
0,05 FCmax |
|
|
|
2 |
0,1 FCmax |
|
|
|
3 |
0,3 FCmax |
|
|
|
4 |
0,5 FCmax |
|
|
|
5 |
0,7 FCmax |
|
|
|
6 |
0,95 FCmax |
|
|
|
2.2.2 Экспериментальная зависимость прямого тока от прямого напряжения
Вторая часть работы содержит экспериментальное исследование зависимости прямого тока от напряжения с помощью EWB. Для проведения эксперимента необходимо собрать схему, представленную на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Схема для измерения зависимости прямого тока от прямого напряжения диода
На схеме представлен источник тока (направление стрелки на источнике показывает направление протекания тока в цепи), выпрямительный диод и измерительные устройства: вольтметр и амперметр. Виртуальная программа позволяет устанавливать различные значения на источнике тока, выбирать диод
7
в соответствии с вариантом и проводить измерения путем нажатия на кнопку
.
Для проведения измерений задаются те же значения, которые приведены в таблице 2.3, столбец 3.
Для проверки рассчитанных значений выполнить измерения, используя систему моделирования Electronics Workbench. Экспериментальные данные приведены в таблице 2.4.
Таблица 2.4 – Экспериментальные данные зависимости прямого тока от прямого напряжения
№ |
Рассчитанное |
FV, В |
|
значение FC, мА |
|
|
(из табл.2.3) |
|
1. |
0,05 FCmax |
|
2. |
0,1 FCmax |
|
3. |
0,3 FCmax |
|
4. |
0,5 FCmax |
|
5. |
0,7 FCmax |
|
6. |
0,95 FCmax |
|
2.2.3 Графическая зависимость прямого тока от прямого напряжения (I квадрант ВАХ диода)
Построить зависимости прямого тока от прямого напряжения в одних координатных осях для значений из таблицы 2.3 и значений из таблицы 2.4. Определить в процентном соотношении, насколько отличается графическая зависимость, построенная по рассчитанным значениям, от графической зависимости, полученной экспериментальным методом. Записать формулу для расчета процентного соотношения и подставить необходимые значения. Полученное значение записать в отчет.
2.3 Анализ зависимости обратного тока от напряжения
2.3.1 Экспериментальная зависимость обратного тока от обратного напряжения
Для анализа зависимости обратного тока от обратного напряжения строится схема, приведенная на рисунке 2.2.
8
Рисунок 2.2 – Схема для измерения зависимости обратного тока от обратного напряжения диода
Экспериментальные данные зависимости обратного тока от обратного напряжения занести в таблицу 2.5.
Таблица 2.5 – Экспериментальные данные зависимости обратного тока от обратного напряжения
№ |
RVmax,В |
|
RC, мкА |
|
|
формула |
|
Рассчитанное значение |
|
1. |
0,005 RVmax |
|
|
|
2. |
0,01 RVmax |
|
|
|
3. |
0,05 RVmax |
|
|
|
4. |
0,07 RVmax |
|
|
|
5. |
0,1 RVmax |
|
|
|
6. |
0,5 RVmax |
|
|
|
7. |
0,95 RVmax |
|
|
|
2.3.2 Графическая зависимость обратного тока от обратного напряжения (III квадрант ВАХ диода)
Построить зависимость обратного тока от обратного напряжения для значений из таблицы 2.5. На графической зависимости определить I0 и записать значение в отчет.
3 Содержание отчета
1.Таблицы рассчитанных значений.
2.Таблицы экспериментальных значений.
3.Графические зависимости, построенные по рассчитанным и экспериментальным данным.
4.Используемые формулы и полученные значения.
9
Методические указания к лабораторно-практическому занятию №2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВАХ СТАБИЛИТРОНОВ
Цель работы:
Проанализировать зависимость тока от напряжения для различных типов стабилитронов.
1 Теоретический материал
Вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рисунке 1.1. На оси y отмечены минимальный и максимальный ток стабилизации при рабочем режиме стабилитрона. Разница между максимальным и минимальным значениями тока дает значение тока стабилизации. На оси х отмечено минимальное, максимальное напряжение стабилизации. Разница между максимальным и минимальным значениями напряжения дает значение напряжения стабилизации.
Рисунок 1.1 – Вольт-амперная характеристика стабилитрона
Ток стабилитрона определяется по формуле (2.1).
Iст = 0,5 (Iстmin + Iст max ) . |
(1.1) |
Обратную ветвь ВАХ стабилитрона можно описать формулой (1.2).
10