К выполнению лабораторных работ по курсу «Элементная база электроники»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К выполнению лабораторных работ по курсу «Элементная база электроники»

 

Санкт-Петербург

ОГЛАВЛЕНИЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. «ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИОДА И СТАБИЛИТРОНА». - 5 -

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. «ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК тиристора» - 25 -

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. «ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА». - 18 -

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. «ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК полевого транзистора». - 18 -

ЛИТЕРАТУРА. . - 34 -

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Рис. 1

Лабораторный стенд для исследования статических вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов (рис. 1) в своем составе содержит:

- исследуемые полупроводниковые приборы (диод (1), стабилитрон(2), тиристор(3), биполярный транзистор(4), полевой транзистор(5));

- встроенный блок питания, обеспечивающий стенд тремя независимо изменяющимися напряжениями;

- универсальный цифровой мультиметр для измерения токов и напряжений с индикацией результатов на двухстрочном жидкокристаллическом дисплее. Контроллер мультиметра позволяет осуществлять двухстороннюю связь с ЭВМ типа IBM по стандартному последовательному порту RS-232.

В нижней части лицевой панели лабораторного стенда расположены кнопки управления схемой коммутации с индикацией ее состояния посредством светодиодов, а также ручки потенциометров, управляющих напряжениями встроенных источников питания E1, E2 и E3.

Изменение состояния схемы коммутации стенда производится однократным нажатием соответствующей кнопки и удержанием ее в течение 0, 5 сек. В правом верхнем углу находится жидкокристаллический дисплей мультиметра с кнопками переключения страниц выводимой информации. Расположение страниц следующее:

► ►

В левом верхнем углу - выключатель питания (Сеть). В средней зоне – мнемосхема лабораторного стенда.

На задней панели расположены сетевой предохранитель и разъем связи с ЭВМ. Все измерения, выполняемые в ходе выполнения лабораторной работы, 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 вольт-амперных характеристик. С целью повышения чистоты экспериментов в области высоких токов и напряжений рекомендуется проводить кратковременные измерения с промежутками между ними, достаточными для охлаждения прибора.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИОДА И СТАБИЛИТРОНА

Цель работы

1. Изучение статических вольт-амперных характеристик диода и стабилитрона;
2. Приобретение навыков экспериментального измерения статических вольт- амперных характеристик маломощных полупроводниковых приборов.

 

Основные параметры диода

§ Постоянное прямое напряжение U_пр – постоянное напряжение на диоде при заданном прямом токе.

§ Постоянный прямой ток I_пр – постоянный ток, протекающий через диод в прямом направлении.

§ Постоянный обратный ток I_обр - постоянный ток, протекающий через диод в обратном направлении при заданном обратном напряжении.

§ Средний прямой ток I_пр.ср. – прямой ток, усредненный за период.

§ Средний обратный ток I_обр.ср. – обратный ток, усредненный за период.

§ Дифференциальное сопротивление диода r_диф – отношение приращения напряжения на диоде к вызвавшему его малому приращению тока.

§ Рабочая частота – частота, при которой обеспечиваются заданные токи, напряжение и мощность.

 

 

Порядок выполнения работы

Требования к отчету

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

• краткие теоретические сведения;
• описание экспериментальной установки;
• таблицы с результатами экспериментов;
• графики;
• выводы по работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Режимы работы тиристора

1) Режим обратного запирания.

В режиме обратного запирания к аноду прибора приложено напряжение, отрицательное по отношению к катоду; переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а переход J2 смещён в прямом (см. рис. 2). В этом случае большая часть приложенного напряжения падает на одном из переходов J1 или J3 (в зависимости от степени легирования различных областей).

2) Режим прямого запирания.

При прямом запирании напряжение на аноде положительно по отношению к катоду и обратно смещён только переход J2. Переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении. Большая часть приложенного напряжения падает на переходе J2. Через переходы J1 и J3 в области, примыкающие к переходу J2, инжектируются не основные носители, которые уменьшают сопротивление перехода J2, увеличивают ток через него и уменьшают падение напряжения на нём. При повышении прямого напряжения ток через тиристор сначала растёт медленно, что соответствует участку 0-1 на ВАХ. В этом режиме тиристор можно считать запертым, так как сопротивление перехода J2 всё ещё очень велико. По мере увеличения напряжения на тиристоре снижается доля напряжения, падающего на J2, и быстрее возрастают напряжения на J1 и J3, что вызывает дальнейшее увеличение тока через тиристор и усиление инжекции неосновных носителей в область J2. При некотором значении напряжения (порядка десятков или сотен вольт), называется напряжением переключения U_прк (точка 1 на ВАХ), процесс приобретает лавинообразный характер, тиристор переходит в состояние с высокой проводимостью (включается), и в нём устанавливается ток, определяемый напряжением источника и сопротивлением внешней цепи.

3) Режим прямой проводимости.

Когда тиристор находится во включенном состоянии, все три перехода смещены в прямом направлении. Дырки инжектируются из области p1, а электроны — из области n2, и структура n1-p2-n2 ведёт себя аналогично насыщенному транзистору с удалённым диодным контактом к области n1.

Порядок выполнения работы

1. Нажатием кнопки «Тип прибора» подключить к измерительной схеме исследуемый тиристор (3);
2. Установить Еоп = -12 В;
3. Переключить кнопкой, расположенной у дисплея мультиметра ► в режим, отображающий ток I1 и напряжение Е1;
4. Установить напряжение на управляющем электроде E1 = 0;
5. Переключить кнопкой ◄, расположенной у дисплея мультиметра, в режим, отображающий ток I3 и напряжение Е3;
6. Изменяя значение напряжения Е3 с шагом 0, 5 В (погрешность не должна превышать +0, 05В), снять зависимость от него обратного тока анода тиристора I3;
7. По полученным значениям построить обратную ветвь статической вольт-амперной характеристики тиристора (по оси ординат – ток I3; по оси абсцисс – напряжение Е3);
8. Установить Еоп = +12 В;
9. Для трех значений тока управляющего электрода I1 = 0; 0, 05 и 0, 1 мА снять зависимости тока анода тиристора I3 от прямого напряжения E3, для этого:

9.1. Переключить кнопкой, расположенной у дисплея мультиметра ► в режим, отображающий ток I1 и напряжение Е1;

9.2. Установить значение тока управляющего электрода I1 =0 мА;

9.3. Переключить кнопкой ◄, расположенной у дисплея мультиметра, в режим, отображающий ток I3 и напряжение Е3;

9.4. Изменяя значение напряжения Е3 с шагом 0, 5 В (погрешность не должна превышать +0, 05В), снять зависимость от него тока тиристора I3;

1. Повторить пункты 9.1-9.4 настоящего руководства для значений тока управляющего электрода I1=0, 05 и 0, 1мА.
2. По полученным значениям построить ветви статической вольт-амперной характеристики (по оси ординат (Y) – ток I3; по оси абсцисс (X) – напряжение Е3), соответствующей начальным токам утечки тиристора.
3. Установить Еоп = +1 В;
4. Установить максимальное значение напряжения E3.
5. Переключить кнопкой, расположенной у дисплея мультиметра ► в режим, отображающий ток I1 и напряжение Е1;
6. Перевести тиристор во включенное состояние, для чего увеличить до максимального значения ток управляющего электрода тиристора I1, а затем снизить его до 0 (I1=0, E1~6B).
7. Переключить кнопкой ◄, расположенной у дисплея мультиметра, в режим, отображающий ток I3 и напряжение Е3;
8. Уменьшая напряжение E3 шагом 0, 05 В, снять зависимость от него тока анода тиристора I3. В процессе проведения эксперимента отметить точку резкого уменьшения тока, которая соответствует току выключения тиристора .
9. По полученным значениям построить ветви статической вольт-амперной характеристики тиристора (по оси ординат (Y) – ток I3; по оси абсцисс (X) – напряжение Е3).

Требования к отчету

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

• краткие теоретические сведения;
• описание экспериментальной установки;
• таблицы с результатами экспериментов;
• графики;
• выводы по работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Порядок выполнения работы

Требования к отчету

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

• краткие теоретические сведения;
• описание экспериментальной установки;
• таблицы с результатами экспериментов;
• графики;
• выводы по работе.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Порядок выполнения работы

 

1. Нажатием кнопки «Тип прибора» подключить к измерительной схеме исследуемый полевой транзистор (5);

2. Установить Еоп=+12 В;

3. Переключить кнопкой, расположенной у дисплея мультиметра ► в режим, отображающий значения напряжения база-эмиттер Е2;

4. Установить напряжение на втором затворе E2=8 В;

5. Провести измерения при пяти значениях напряжения на базе Е1 выбираемых самостоятельно из диапазона 0, 6-2, 0 В, для этого:

5.1. установить выбранное значение E1;

5.2. переключить кнопкой ◄, расположенной у дисплея мультиметра, в режим, отображающий ток I3 и напряжение Е3;

5.3. прокручивая ручку потенциометра Е3, добиться появления на экране «точки максимума» (таких значений напряжения и тока, которые будут удовлетворять условию:

Р=I3·E3< 20 мВт

где - мощность, рассеиваемая на коллекторе;

5.4. изменяя значение напряжения по убыванию с шагом 0, 5 В, снять зависимость тока коллектора I3 от напряжения коллектора Е3 (при этом необходимо постоянно контролировать уровень напряжения на базе Е1 переключением кнопок у дисплея мультиметра ◄ ► );

6. По полученным значениям построить семейство выходных характеристик полевого транзистора (по оси ординат (Y) – ток I3; по оси абсцисс – напряжение Е3 (X));

7. Уменьшить в два раза напряжение на втором затворе E2;

8. Повторить исследования пункта 5 настоящего руководства;

9. Сравнить полученные в ходе работы результаты.

 

Требования к отчету

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

• краткие теоретические сведения;
• описание экспериментальной установки;
• таблицы с результатами экспериментов;
• графики;
• выводы по работе.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Аронов В.Л., Федотов Я.А. Испытание и исследование полупроводниковых приборов. Учебн.пособие для специальностей полупроводниковой техники вузов. - М.: Высшая школа, 1975 г.

2. Федотов Я.А. Основы физики полупроводниковых приборов. - М.: Советское радио, 1970 г.

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ по курсу «Элементная база электроники»

 

Санкт-Петербург

ОГЛАВЛЕНИЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. «ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИОДА И СТАБИЛИТРОНА». - 5 -

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. «ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК тиристора» - 25 -

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. «ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА». - 18 -

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. «ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК полевого транзистора». - 18 -

ЛИТЕРАТУРА. . - 34 -

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Рис. 1

Лабораторный стенд для исследования статических вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов (рис. 1) в своем составе содержит:

- исследуемые полупроводниковые приборы (диод (1), стабилитрон(2), тиристор(3), биполярный транзистор(4), полевой транзистор(5));

- встроенный блок питания, обеспечивающий стенд тремя независимо изменяющимися напряжениями;

- универсальный цифровой мультиметр для измерения токов и напряжений с индикацией результатов на двухстрочном жидкокристаллическом дисплее. Контроллер мультиметра позволяет осуществлять двухстороннюю связь с ЭВМ типа IBM по стандартному последовательному порту RS-232.

В нижней части лицевой панели лабораторного стенда расположены кнопки управления схемой коммутации с индикацией ее состояния посредством светодиодов, а также ручки потенциометров, управляющих напряжениями встроенных источников питания E1, E2 и E3.

Изменение состояния схемы коммутации стенда производится однократным нажатием соответствующей кнопки и удержанием ее в течение 0, 5 сек. В правом верхнем углу находится жидкокристаллический дисплей мультиметра с кнопками переключения страниц выводимой информации. Расположение страниц следующее:

► ►

В левом верхнем углу - выключатель питания (Сеть). В средней зоне – мнемосхема лабораторного стенда.

На задней панели расположены сетевой предохранитель и разъем связи с ЭВМ. Все измерения, выполняемые в ходе выполнения лабораторной работы, 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 вольт-амперных характеристик. С целью повышения чистоты экспериментов в области высоких токов и напряжений рекомендуется проводить кратковременные измерения с промежутками между ними, достаточными для охлаждения прибора.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Поделиться:

Популярное:

1. II Организация работы с документами
2. II. Руководство маневровой работой
3. II. ТЕМЫ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
4. III. По способу работы со своими проблемами среди клиентов можно выделить следующие типы
5. IV. Порядок разработки дополнительных противопожарных мероприятий при определении расчетной величины индивидуального пожарного риска
6. IX. ДАННЫЕ ЛАБОРАТОРНЫХ, ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНСУЛЬТАЦИИ СПЕЦИАЛИСТОВ
7. Linux - это операционная система, в основе которой лежит лежит ядро, разработанное Линусом Торвальдсом (Linus Torvalds).
8. VI. ИСПРАВЛЕНИЕ РАБОТЫ НА ОСНОВЕ РЕЦЕНЗИЙ
9. VI. Разработка теории систем и теории компромиссов
10. VI. Разработка теории систем и теории компромиссов
11. VI. Регламент переговоров ДСП станции, машинистов (ТЧМ) и составителя поездов при маневровой работе
12. VII. Сигналы, применяемые при маневровой работе