Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Полупроводниковые приборы. Лабораторный практикум
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ИМЕНИ Г.Р. ДЕРЖАВИНА»
В.В. Штейнбрехер, Т.Н. Плужникова
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ
ПРИБОРЫ
Лабораторный практикум
Тамбов 2019
1
УДК 53
ББК 22.3
Ш88
Рекомендовано Учебно-методическим советом
Тамбовского государственного университета
имени Г.Р. Державина
Ш88
Штейнбрехер, В.В.
Полупроводниковые приборы [Электронный ресурс] :
лабораторный практикум / В.В. Штейнбрехер, Т.Н. Плужникова ; М-во науки и высш. обр. РФ, ФГБОУ ВО
«Тамб. гос. ун-т им. Г.Р. Державина». – Электрон. дан.
(1 файл). – Тамбов, 2019. – Режим доступа:
https://elibrary.tsutmb.ru/dl/docs/elib555.pdf. ограниченный. –
Загл. с экрана.
ISBN 978-5-00078-297-2
Учебно-методическое пособие обеспечивает проведение лабораторных работ по курсу дисциплины «Аналоговая и цифровая электроника» по
разделам «Полупроводниковые приборы».
Лабораторный практикум содержит общую методическую часть,
описание учебно-лабораторного стенда для исследования полупроводниковых приборов, теоретический материал для подготовки и выполнения
лабораторных работ, их описание, приложение и список рекомендуемой
литературы. В конце каждой работы приведены рекомендации по обработке результатов исследований и контрольные вопросы.
УДК 53
ББК 22.3
ISBN 978-5-00078-297-2
© Штейнбрехер В.В., Плужникова Т.Н., 2019
© ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный
университет имени Г.Р. Державина», 2019
Р е ц е н з е н т ы :
доктор технических наук, профессор С.Н. Данилов;
кандидат физико-математических наук, доцент А.В. Яковлев
2
СОДЕРЖАНИЕ
Введение .......................................................................................... 4
Лабораторная работа № 1. Исследование полупроводникового
диода .............................................................................................. 11
Лабораторная работа № 2. Исследование полупроводникового
стабилитрона ................................................................................. 27
Лабораторная работа № 3. Исследование биполярного
транзистора ................................................................................... 33
Лабораторная работа № 4. Исследование тиристора ................ 45
Лабораторная работа № 5. Исследование полевого тетрода .... 56
Список рекомендуемой литературы ........................................... 69
Приложение. Условные обозначения и классификация
полупроводниковых приборов .................................................... 70
3
ВВЕДЕНИЕ
Лабораторные занятия по исследованию полупроводниковых
приборов являются важнейшим и неотъемлемым видом учебной
работы студентов, обучающихся по специальности 11.03.02 – Инфокоммуникационные технологии и системы связи.
В лабораторном практикуме используется учебно-лабора-
торный стенд «Статические характеристики полупроводниковых приборов ЭТ 01» (далее стенд) завода-изготовителя ООО
«Телеком-Политехник».
Проведение лабораторного практикума позволяет закрепить
полученные на лекционных занятиях знания и сформировать
навыки практического обращения с элементами стенда при исследовании свойств полупроводниковых приборов, в частности,
путем экспериментального определения их вольтамперных характеристик.
Лабораторные работы выполняются фронтальным методом.
На первом занятии студенты знакомятся с положением о порядке подготовки, выполнения, оформления и защиты лабораторных работ, лабораторным стендом; со студентами проводится
инструктаж по правилам техники безопасности в лаборатории,
а также доводится перечень лабораторных работ и последовательность их выполнения.
Выполнение каждой лабораторной работы складывается из
следующих основных этапов: подготовки к выполнению работы
(предварительной подготовки), проведении исследований,
оформления отчета и ее защиты.
В.1 Подготовка к выполнению работы
Предварительная самостоятельная подготовка к каждой лабораторной работе является важным условием ее успешного
выполнения и должна начинаться за несколько дней до ее выполнения с тем, чтобы была возможность основательно разобраться в теоретической части материала. При подготовке к лабораторному занятию необходимо:
4
изучить соответствующий раздел данного лабораторного
практикума;
по рекомендуемой литературе и конспекту лекций усво-
ить теоретический материал, относящийся к данной лабораторной работе;
знать основные закономерности и соотношения, которые
являются предметом экспериментального исследования в лабораторной работе;
изучить и ясно представлять цель, содержание, порядок
и методику выполнения лабораторной работы;
оформить заготовку отчета по лабораторной работе,
включающую титульный лист, цель работы, схемы исследуемых
устройств, таблицы, в которых при выполнении лабораторных
работы будут заноситься экспериментальные данные;
выполнить предусмотренные заданием предварительные
расчеты и построить соответствующие им графики;
знать ответы на приведенные в лабораторном практикуме
контрольные вопросы.
В.2 Проведение исследований
К проведению исследований допускаются студенты, представившие заготовку отчета и прошедшие контроль знания ими
основных теоретических и практических положений по лабораторной работе.
Исследования проводятся на универсальном лабораторном
стенде, содержащем универсальный цифровой мультиметр для
измерения значений токов и напряжений в контрольных точках
исследуемых устройств, обработки и отображения получаемой
информации на экране двухстрочного жидкокристаллического
дисплея (ЖКД) и регулируемые источники постоянного напряжения.
Перед началом работы (проведением исследований):
ознакомьтесь с разделом «Обеспечение безопасности ра-
боты в лаборатории» настоящего практикума;
произведите внешний осмотр стенда и убедитесь в отсут-
ствии внешних повреждений;
5
подключите клемму заземления на корпусе стенда к кон-
туру заземления лаборатории;
подключите стенд к сети 220 В/50 Гц;
установите ручки потенциометров на лицевой панели
стенда в крайнее левое положение.
Порядок работы:
включите клавишу «СЕТЬ», расположенную в левом
верхнем углу на лицевой панели. О готовности стенда к работе
свидетельствует свечение светодиодов на клавише «СЕТЬ» и на
лицевой панели стенда и появление информации на ЖКД;
проведите лабораторную работу в соответствии с руко-
водством по ее выполнению;
по окончании работы клавишей «СЕТЬ» отключите пи-
тание стенда.
Перед проведением измерений необходимо оценить пределы изменения аргументов и функций исследуемых зависимостей. Далее, экспериментально изменяя значения аргумента
в выбранном диапазоне, убеждаются в справедливости выполненных оценок или вносят соответствующие коррективы. При
этом выясняется общий характер зависимости и ее соответствие
теоретическим положениям и расчетам.
На заключительном этапе регистрируются соответствующие величины и заносятся в заготовленные таблицы, учитывая
при этом, что для каждой зависимости необходимо зарегистрировать 8 – 10 точек, если их количество не оговорено в задании.
Экспериментальные данные, не отвечающие нормальному ходу
кривой, должны быть проверены повторно.
При выполнении работы запрещается производить изменения в схеме при включенном источнике питания стенда.
Работа считается выполненной после просмотра и утверждения полученных результатов преподавателем. По окончании
работы приводится в порядок рабочее место.
В.3 Оформление отчета и защита выполненной работы
Отчет по лабораторной работе оформляется индивидуально
каждым студентом в оставшееся на лабораторном занятии вре-
6
мя, а также в часы самостоятельной работы. Отчет должен соответствовать требованиям Единой системы конструкторской документации (ЕСКД) и представляется к защите на следующем
занятии в лаборатории.
Отчет по каждой работе должен содержать: номер лабораторной работы, название и дату ее выполнения; цель работы,
схемы цепей для экспериментальных исследований, предварительные расчеты. В отчете также приводятся: расчетные формулы, таблицы с рассчитанными и измеренными величинами, их
графики, анализ полученных результатов, выводы по работе.
В случае рассогласования данных эксперимента и расчета указываются возможные причины, приводится оценка погрешности
измерений. Более конкретно содержание отчета указывается
в описании каждой работы.
При защите выполненных лабораторных работ студент
должен изложить методику экспериментальных исследований,
проанализировать и согласовать с теорией полученные результаты, показать умение производить расчеты и формулировать
ответы на вопросы, содержащиеся в описании каждой работы.
В.4 Описание учебно-лабораторного стенда
Учебно-лабораторный стенд «Статические характеристики
полупроводниковых приборов ЭТ 01» предназначен для исследования статических характеристик полупроводниковых приборов (диода КД521, стабилитрона КС156, тиристора КУ101,
биполярного транзистора КТ315 и полевого тетрода КП350)
и выполнен в настольном исполнении в унифицированном
металлическом корпусе с наклонной лицевой панелью. На его
лицевой панели (рис. В.1) расположены мнемосхема,
жидкокристаллический дисплей (ЖКД), органы управления
и индикации. На задней панели стенда находятся выход шнура
питания, предохранитель и клемма заземления.
7
Рис. В.1. Внешний вид лицевой панели учебно-лабораторного стенда
Стенд представляет собой четырехплатную конструкцию,
содержащую плату источника вторичного электропитания,
и исследуемых приборов, плату устройства управления и индикации, плату мультиметра и плату его управления.
В состав учебно-лабораторного стенда входят:
исследуемые полупроводниковые приборы (диод, стаби-
литрон, биполярный транзистор, тиристор, полевой транзистор);
встроенный блок питания, обеспечивающий стенд тремя
независимо изменяющимися напряжениями постоянного тока;
универсальный цифровой мультиметр для измерения
значений токов и напряжений в контрольных точках исследуемых устройств, обработки и отображения получаемой информации на экране двухстрочного ЖКД. Контроллер мультиметра
позволяет осуществлять двухстороннюю связь с ЭВМ типа IBM
по стандартному последовательному порту RS-232.
Экран ЖКД расположен в правом верхнем углу лицевой
панели. Переключение измеряемой величины осуществляется
«перелистыванием» страниц ЖКД с помощью кнопок, расположенными под дисплеем. Для измерения токов в контрольных
8
цепях исследуемого устройства в эти цепи введены измерительные прецизионные резисторы. Падение напряжения на этих
резисторах измеряется мультиметром, а на экран ЖКД выводится значение тока, полученное делением падения напряжения
на значение сопротивления измерительного резистора.
В нижней части лицевой панели лабораторного стенда
расположены кнопки управления схемы коммутации с индикацией ее состояния посредством светодиодов, а также ручки
потенциометров, управляющих напряжениями встроенных
источников питания Е
, Е2 и Е
1
.Изменение состояния схемы
3
коммутации стенда производится однократным нажатием соответствующей кнопки и удержанием ее в течение 0,5 секунд.
Лабораторный стенд подключается к сети напряжением 220 В
с частотой 50 Гц с помощью шнура питания клавишей «СЕТЬ»,
расположенной в левом верхнем углу лицевой панели.
Все измерения в ходе выполнения лабораторных работ
проводятся на постоянном токе. Для снижения влияния температуры при прогреве исследуемых полупроводниковых приборов в ходе эксперимента используются облегченные режимы их
работы, соответствующие начальным участкам их вольтамперных характеристик. С целью повышения частоты экспериментов в области больших токов и напряжений рекомендуется
проводить кратковременные измерения с промежутками между
ними, достаточными для охлаждения приборов.
В.5 Обеспечение безопасности работы в лаборатории
К работе на стенде допускаются лица, ознакомленные
с расположением его органов управления, принципов действия
и мерами безопасности в соответствии с требованиями, приведенными в настоящем разделе.
С целью обеспечения безопасности при работе на лабораторных стендах следует руководствоваться ГОСТ 12.3.019-80
«Испытания и измерения электрические. Общие требования
безопасности». Конструкции лабораторных стендов выполнены
с учетом требований ОСТ 40.4-78 «Оборудование учебно-лабораторное. Общие технические требования». В лабораторных ус-
9
тановках применены стандартные приборы, выпускаемые промышленностью с учетом требований безопасности.
Помещение, в котором находятся лабораторные стенды,
удовлетворяют требованиям пожарной безопасности (Федеральный закон от 12.12.1994 № 69-Ф3 (ред. 12.03.2014)).
Перед эксплуатацией стенда подключите клемму заземления на задней стенке корпуса стенда к шине заземления лаборатории.
При выполнении лабораторной работы запрещается:
отключать шнур питания стенда;
прикасаться к токоведущим частям оборудования;
работать на стенде со снятой крышкой;
самостоятельно ремонтировать лабораторный стенд;
оставлять без наблюдения включенный лабораторный
стенд;
загромождать рабочее место посторонними предметами.
Замену вышедшего из строя предохранителя производить
только обслуживающим персоналом при отключенном от сети
шнуре питания стенда.
При малейших ощущениях электрического напряжения на
корпусе лабораторного стенда необходимо сразу же отключить
его от сети и поставить в известность преподавателя. Приступать к работе на данном стенде до устранения неисправности –
ЗАПРЕЩАЕТСЯ.
При поражении электрическим током необходимо оказать
первую помощь пострадавшему.
Если произошло возгорание аппаратуры – отключить напряжение сети, использовать огнетушитель и иные средства гашения огня.
Обо всех замеченных неполадках в электропроводке (обрывы, оголенные провода, искрящие контакты, запах горения
и т.д.) необходимо доложить преподавателю.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]