Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Иркутский государственный технический университет

Физико-технический институт

Кафедра радиоэлектроники и телекоммуникационных систем

ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания для лабораторных работ

Иркутск

2012

Электроника. Методические указания для лабораторных работ. Составители: Е.М.Фискин, М.М.Фискина. -Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012.-25 с.

Содержатся материалы, необходимые для выполнения лабораторных работ по курсу «Электроника».

Предназначены для студентов специальности «Радиотехника» и «Инфокоммуникационные технологии».

Главной целью лабораторных работ по дисциплине является получение практических навыков в работе с измерительными приборами и ознакомление с методиками исследования электронных приборов.

В каждой лабораторной работе студенту необходимо выполнить исследование по предложенной преподавателем теме.

Рекомендуемый перечень лабораторных работ.

1. Ознакомление с лабораторным стендом

2. Полупроводниковые диоды

3. Биполярные транзисторы

4. Полевые транзисторы

5. Тиристоры

6. Электронно-лучевые трубки

Для каждой лабораторной работы оформляется отчет.

Отчеты-проекты по лабораторным работам оформляются в соответствии с требованиями методических указаний по выполнению каждой лабораторной работы и требованиями стандарта СТО ИрГТУ.027-2009.

Лабораторная работа 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

Цель работы: исследование основных свойств p-n-перехода, вольт-амперных характеристик и параметров германиевых и кремниевых диодов и стабилитрона.

Оборудование и принадлежности: лабораторный стенд, германиевый диод Д9, кремниевый диод КД103, стабилитрон Д814, провода соединительные.

Основные теоретические сведения

Полупроводниковым диодом называется двухэлектродный прибор с выпрямляющим электрическим переходом. В качестве выпрямляющего электрического перехода применяются p-n-переход или выпрямляющий контакт металла с полупроводником.

Большинство полупроводниковых диодов представляют собой структуру, состоящую из областей p- и n-типа, имеющих различную концентрацию примесей и разделенных электронно-дырочным переходом, область с высокой концентрацией примеси (порядка 1018см-3) называют эмиттером. Область с низкой концентрацией примеси (порядка 1014 - 1016 см-3) - базой.

Полупроводниковый диод как элемент электрической цепи является нелинейным двухполюсником, т. е. электронным прибором с двумя внешними выводами и нелинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Он выполняет функцию преобразования сигналов (выпрямление, детектирование, умножение частоты, преобразование световой энергии в электрическую и др.).

На рис. 1 приведена типовая ВАХ диода. Вольт-амперная характеристика идеального p-n-перехода и диода выражается уравнением:

Размещено на http://www.allbest.ru/

, где I0 - обратный ток, U- внешняя разность потенциалов -температурный потенциал.

Параметры диода, определяемые по ВАХ (рис.2):

1. прямое сопротивление диода по постоянному току

2. обратное сопротивление диода по постоянному току

3. дифференциальное прямое сопротивление диода

4. дифференциальное обратное сопротивление диода ;

5. дифференциальное сопротивление стабилитрона в области стабилизации

.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В основу классификации диодов положены различные признаки -- вид электрического перехода (точечный и плоскостной диоды), физические процессы в переходе (туннельный диод, лавинно-пролетный и др.), характер преобразования энергии сигнала (светодиод, фотодиод и др.), метод изготовления электрического перехода (сплавные, диффузионные, эпитаксиальные диоды и др.) и т. п. В справочниках по полупроводниковым приборам обычно проводится классификация диодов по применению в радиоэлектронной аппаратуре (РЭА) или по назначению. При этом отражается принцип использования преобразующих и нелинейных свойств электрического перехода (выпрямительные и импульсные диоды, преобразовательные, переключательные, варикапы, стабилитроны и т.д.), диапазон рабочих частот (низкочастотные, высокочастотные, СВЧ-диоды, диоды оптического диапазона и др.), исходный материал для изготовления диодной структуры (кремниевые, селеновые, германиевые, арсенид-галлиевые диоды и др.).

По типу конструкции различают точечные и плоскостные полупроводниковые диоды. Точечный диод - это прибор, в котором размеры электрического перехода меньше размеров областей, окружающих его и определяющих физические процессы в переходе. Такой переход возникает, например, при вплавлении кончика металлической иглы в полупроводниковую пластину с одновременной присадкой легирующего вещества.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Плоскостной диод представляет собой прибор, в котором р-n переход возникает на значительной по площади (до 1000 мкм2 в силовых выпрямительных диодах) границе между полупроводниками р- и n- типов. В таких диодах переход получается методом сплавления полупроводниковых пластин p- и n-типов или диффузии в исходную полупроводниковую пластину примесных атомов.

К особой разновидности плоскостных диодов относятся полупроводниковые стабилитроны, которые применяются для стабилизации напряжения в электрических цепях. В этих диодах используется явление неразрушающего электрического пробоя р-n-перехода при определенных значениях обратного напряжения (рис.3). Значение напряжения неразрушающего пробоя определяется конструкцией p-n-перехода и электрофизическими свойствами полупроводника.

Требования безопасности труда

Не включать лабораторный стенд без проверки преподавателем схемы соединений. При переключении измерительных приборов в ходе работы выключить тумблер СЕТЬ.

Порядок выполнения работы

1. Снять вольт-амперную характеристику полупроводниковых диодов. Для снятия прямых ВАХ используется схема на рис. 4, для снятия обратной ВАХ - схема на рис. 5.

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) получить прямую ВАХ. Для этого:

· подключить АВМ1 к РА1;

· подключить АВМ2 к РU1;

· подключить G1 к ГТ на блоке питания, соблюдая полярность;

· включить тумблер СЕТЬ.

· снять зависимость напряжения от тока на диоде от 0 до 1 мА, изменяя его регулятором ГТ через 0,2 мА, и от 1 до 5 мА через 1 мА. Результаты измерений занести в таблицу, разработанную самостоятельно.

б) Получить обратную ВАХ диодов и стабилитрона. Для этого:

· в качестве G2 использовать ГН2;

· РА2 подключить к АВО на пределе измерений 10 мкА;

· при исследовании стабилитрона в качестве измерителя тока использовать АВМ1 на пределе 50 мА;

· напряжение на диоде менять ГН2 от 0 до 10 В через 2 В.

Примечание: для снятия обратной ВАХ стабилитрона изменять напряжение регулятором до возникновения тока пробоя, после чего изменять ток пробоя через 5 мА до 35 мА. Данные занести в таблицу, разработанную самостоятельно.

2. Выключить тумблер «СЕТЬ».

Обработка результатов измерений

1. Для каждого диода построить по экспериментальным данным прямую и обратную ВАХ.

2. Вычислить по экспериментальным характеристикам:

прямое и обратное сопротивления диода по постоянному току;

прямое и обратное дифференциальное сопротивления;

дифференциальное сопротивление стабилитрона в области стабилизации.

Точки для определения сопротивлений выбрать самостоятельно.

Контрольные вопросы

1. Как обозначается в схеме выпрямительный диод и стабилитрон?

2. Перечислить основные параметры диодов.

3. Принцип работы полупроводниковых выпрямительных диодов.

4. Виды пробоев p-n-перехода и их использование.

5. Какими видами емкостей обладает р- n-переход ?

6. Маркировка диодов.

Лабораторная работа 2

ИССЛЕДОВАНИЕ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Цель работы: изучение статических характеристик и параметров биполярного плоскостного транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ).

Оборудование и принадлежности: лабораторный стенд, транзистор МП40, соединительные провода.

Основные теоретические сведения

Биполярный транзистор - это трехэлектродный полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими электронно-дырочными переходами. В зависимости от чередования слоев существуют транзисторы типов p-n-р и n-p-n (рис. 6 а, б). Их условное обозначение на электронных схемах показано на рис. 6 в, г.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Центральную часть кристалла называют базой. С одной стороны к базе примыкает область с высокой концентрацией примеси, которая называется эмиттером, а с другой стороны базы - область с низкой концентрацией примеси, называемая коллектором. Так же называются p-n-переходы, создаваемые этими слоями со слоем базы, а также внешние выводы этих слоев. Внешнее напряжение подключают к транзистору таким образом, чтобы обеспечивалось смещение эмиттерного перехода в прямом направлении, а коллекторного перехода - в обратном направлении.

Поскольку в эмиттерном переходе внешнее напряжение действует в прямом направлении, потенциальный барьер для дырок, основных носителей зарядов эмиттерного слоя в p-n-p-транзисторе, уменьшается, и дырки из эмиттера под действием диффузии будут в большом количестве переходить (инжектировать) в область базы. Большинство дырок в последующем достигает коллектора и вызывает коллекторный ток транзистора.

Существуют три способа включения транзистора (рис. 7):

· с общей базой (ОБ) (рис. 7, а);

· с общим эмиттером (ОЭ) (рис. 7, б);

Размещено на http://www.allbest.ru/

Включение транзистора по схеме с ОЭ получило широкое распространение, так как дает существенные преимущества по сравнению с другими схемами включения: значительное усиление по току, большое усиление по напряжению, максимальное усиление по мощности, большое входное и небольшое выходное сопротивление по сравнению со схемой с ОБ, что упрощает согласование каскадов усилителей.

Для расчета и анализа усилительных каскадов достаточно двух семейств характеристик - входных и выходных (рис.8). Выходные характеристики транзистора в схеме ОЭ определяют зависимость коллекторного тока Iк=F(Uкэ) при Iб=const (рис.8, а). Входные (базовые) характеристики транзистора отражают зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер при фиксированном напряжении коллектор - эмиттер (рис.8, б): Iб= F(Uба) npu Uкэ = const.

Размещено на http://www.allbest.ru/

По экспериментально снятым и построенным в соответствующих системах координат характеристикам можно определить малосигнальные параметры транзистора - h -параметры.

В режиме малого сигнала характеристики с достаточной степенью точности могут считаться линейными. В этом режиме транзистор принято изображать в виде линейного четырехполюсника (рис.9), связь между входными и выходными параметрами которого выражаются следующими уравнениями:

Размещено на http://www.allbest.ru/

где при - входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе;

при - коэффициент обратной связи, показывающий, какая часть напряжения передается с выхода на вход при разомкнутой входной цепи;

при - коэффициент усиления транзистора по току, измеренный при коротком замыкании на выходе;

при - выходная проводимость транзистора при разомкнутой входной цепи.

Данные уравнения позволяют определить h-параметры по экспериментальным характеристикам (рис.10, 11):

= при - const;

= при Iб- const.

= при - const; = при Iб- const

Для определения через рабочую точку проводят касательную к входной характеристике и строят треугольник. Отношение катетов треугольника равно .

Для определения выбирают две входные характеристики, снятые при разных напряжениях Uкэ. Через рабочую точку проводят горизонтальную линию, которая пересекает две входных характеристики, что соответствует Iб-const. Отрезок АВ пропорционален приращению напряжения ДU*бэ, а приращение напряжения на коллекторе равно разности напряжений, при которых сняты характеристики ДUкэ.

Для определения в области рабочей точки проводят вертикальную линию, которая пересекает две соседние выходные характеристики. Отрезок АВ пропорционален приращению тока ДIк, а приращение тока базы равно разности токов, при которых сняты выходные характеристики ДIб.

Для определения на выходной характеристике с током базы, близким к току базы в рабочей точке, находят приращение тока коллектора ДI*к, вызванное приращением напряжения на коллекторе ДUкэ при постоянном токе базы.

Положение рабочей точки транзистора при его включении в схеме с общим эмиттером определяется пересечением одной из выходных характеристик и нагрузочной прямой. Нагрузочная прямая описывается уравнением Uк=Ек - IкRк, где Ек -ЭДС источника напряжения в цепи коллектора; Rк - сопротивление коллекторной нагрузки. Нагрузочная прямая строится по двум точкам:

Uк= Ек при Iк =0;

Iк = Ек / Rк при Uк =0.

Требования безопасности труда

Не включать лабораторный стенд без проверки преподавателем схемы соединений. При переключении измерительных приборов в ходе работы выключить тумблер «СЕТЬ».

Порядок выполнения работы

1. Подключить источники питания ГТ и ГН2, измерительные приборы во входной и выходной цепях схемы, соблюдая полярность ( рис. 12).

Во входной цепи использовать прибор блока ИВ для измерения тока базы Iб (РА1), переключатель которого установить в положении ГТ 1 мА, прибор АВМ1 на пределе 1В для измерения напряжения база - эмиттер (PV1).



2. Установить на стенд транзистор.

3. Исследовать зависимость тока базы Iб от напряжения база-эмиттер Uбэ при Uкэ: 0, -5 и -7,5 В. Изменять ток базы регулятором ГТ от 0 до 500 мкА. Данные занести в таблицу, разработанную самостоятельно.

4. Исследовать зависимость тока коллектора Iк от напряжения коллектор-эмиттер Uкэ для трех значений тока базы Iб : 100, 200 и 300 мкА. Для этого сделать следующее:

· отключить РА1 и вставить в гнездо перемычку;

· для измерения тока коллектора использовать прибор АВМ1 (50 мкА);

· снять зависимость Iк =F(Uкэ).

Изменять Uкэ от 0 до 15 В через 2 В до значения Iк =30 мА. Данные занести в самостоятельно составленную таблицу.

5. Исследовать передаточную характеристику транзистора. Ток базы измерить с помощью генератора тока ГТ в пределах от 0 до 500 мкА при Uк = 5В и 10В. Данные занести в таблицу.

Обработка результатов измерений

Построить семейства входных и выходных характеристик с указанными на них областями насыщения, отсечки и активного режима.

По полученным характеристикам рассчитать значения h-параметров для точки, соответствующей Iб =100мкА , Uкэ =5В.

Контрольные вопросы

1. Графическое обозначение транзисторов p-n-p, n-p-n.

2. Как маркируются транзисторы?

3. Как устроены транзисторы р-п-р, n-p-n типов?

4. Принцип действия транзистора.

5. Режимы работы транзистора.

6. Схемы включения транзистора и их особенности.

7. Нарисовать входные и выходные характеристики транзистора в схеме с ОЭ.

8. Как определить h- параметры транзистора в схеме с ОЭ по характеристикам?

Лабораторная работа 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ СВОЙСТВ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Цель работы: исследование частотной зависимости коэффициента усиления транзистора по напряжению в каскаде резистивного усилителя, в котором транзистор включен по схеме с общим эмиттером (ОЭ) или по схеме с общей базой (ОБ).

Оборудование и принадлежности: лабораторный стенд, транзистор МП40, съемные элементы R1, R2; R3, C1, C2, соединительные провода, осциллограф, частотомер, генератор типа Л31.

Основные теоретические сведения

При работе на высоких частотах проявляются инерционные свойства транзистора, обусловленные конечным временем пролета носителей заряда через базу и перезарядом емкостей переходов, вследствие чего уменьшается амплитуда выходного тока и возникают фазовые сдвиги между токами и напряжениями.

Частотные свойства транзистора могут характеризоваться зависимостью коэффициента усиления по напряжению Ku от частоты, то есть

С ростом частоты Ku уменьшается. Частоту, на которой Ku уменьшается в раз, называют предельной частотой или частотой среза fc . Частоту, на которой Ku =1, называют граничной частотой или единичной частотой f1 . Зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты снимается при постоянном входном напряжении Uвх(f)=const. Рабочую точку при этом необходимо выбирать в активной области характеристик транзистора, а амплитуда входного сигнала Um не должна быть слишком большой. Величина амплитуды сигнала для каждого типа транзистора выбирается так, чтобы в процессе работы транзистор не оказывался в режиме отсечки или насыщения. При несоблюдении этих условий - больших амплитудах входного сигнала или при неудачном выборе рабочей точки - зависимость Ku(f) будет искажена и не может характеризовать частотные свойства транзистора.

При построении графика по результатам эксперимента (рис.13), как правило, выполняется нормировка: полученные значения коэффициента усиления Ku(f) относятся к величине коэффициента усиления на низкой частоте Ku(н.ч.). Частота среза fc соответствует падению нормируемого коэффициента усиления до уровня 0,707 = 1/.



Ражим исследуемого транзистора по постоянному току устанавливается с помощью резисторов, которые одинаковы для схем с ОЭ и ОБ. Для включения транзистора с ОБ по переменному току необходимо включить генератор Л31 в цепь эмиттера и соединить базу с корпусом через конденсатор С1 (рис. 14).

Пpu включении транзистора с 0Э по переменному току необходимо в базовую цепь включить источник сигнала (генератор Л31), соединив при этом эмиттер с общим проводом (рис. 15). Конденсаторы С1 и С2 являются разделительными и служат для исключения шунтирования входа и выхода транзистора по постоянному току. Измерение входного напряжения производится вольтметром РV1 , а выходного - вольтметром РV2 . Необходимая частота колебаний устанавливается генератором Л31 и контролируется с помощью частотомера на выходе. Форма колебаний на входе и выходе транзистора может контролироваться осциллографом.

Порядок выполнения работы

1. Отключить все приборы стенда переводом тумблеров на БП в нижнее положение.

2. В соответствии с принципиальной электрической схемой усилителя на транзисторе, включенном с ОБ (см.рис. 14), произвести монтаж:

· подключить источник питания ГН2 к гнездам -Еc, X;

· подключить генератор Л31 в цепь эмиттера;

· подключить милливольтметр (ЦВ) к гнездам I, Х7 для контроля и измерения Uвых;

· подключить осциллограф;

· после настройки усилителя - частотомер к гнездам С4 на панели; вставить съемные элементы; транзистор МП40, резисторы R1=22кОм (переменный), R2=1,2кОм, RЗ=1кОм, R4=2,4кОм, конденсатора C1 = C2= 5 мкФ.

3. После проверки схемы включить тумблер "СЕТЬ" стенда, "СЕТЬ" генератора Л3I, "СЕТЬ" осциллографа, "СЕТЬ" милливольтметра.

4. Установить переключатель ИВ в положение ГН2. Регулятором ГН2 установить напряжение питания EК =-10В.

5. Установить на выходе генератора Л31 (lV/50) синусоидальное напряжение с частотой I кГц.



6. Манипулируя переключателями и регуляторами осциллографа, получить на экране неподвижное изображение выходного сигнала усилителя. Резистором RI установить на экране осциллографа максимальную амплитуду неискаженного выходного сигнала усилителя (при невозможности получить неискаженный сигнал на выходе усилителя необходимо уменьшить амплитуду входного сигнала от генератора ЛЗ1).

7. Отключить осциллограф и на эти гнезда подключить цифровой частотомер.

8. Исследовать частотную характеристику биполярного транзистора в схеме с ОБ согласно данным, приведенным в таблице, при неискаженном выходном сигнале усилителя. Поддерживать входное напряжение постоянным на всех частотах. Данные занести в табл. 1.

9. По данным табл.1 построить график зависимости нормированного Ku(f), определить fc для схемы с ОБ.

10. В соответствии со схемой (см. рис. 14) исследовать частотную характеристику биполярного транзистора в схеме с 0Э (исследование провести в диапазоне частот до 200 кГц, причем в интервале от 100 до 200 кГц отсчеты выполнять через 10 кГц).

11. По данным таблицы построить график зависимости нормированного Ku(f) и определить fc для схемы с ОЭ.

Таблица 1

Результаты измерений и расчетов на заданных частотах	Номер измерения
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
f, Гц	102	5*102	103	5*103	104	5*104	105	1,5*105	2*105
Uвых, В
K u (f)
K u (f)/ K u (103)			1

Обработка результатов измерений

По результатам измерений построить графики зависимостей нормированного коэффициента усиления от частоты. По полученным графикам определить частоту среза для транзисторов, включенных по схеме с ОБ и ОЭ.

Примечание: графики частотных зависимостей должны строиться в полулогарифмическом масштабе. При этом по оси частот должны откладываться не значения частот, а соответствующие им десятичные логарифмы. По результатам исследования необходимо сделать вывод.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип работы и назначения элементов усилителя.

2. Как определить частоту среза усилителя?

3. Что такое единичная частота усилителя?

4. От чего зависят частотные свойства биполярного транзистора?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА

Цель работы: изучение принципа действия полевого транзистора, снятие и анализ характеристик, определение параметров.

Оборудование и принадлежности: лабораторный стенд, полевой транзистор KП 101, провода соединительные.

Основные теоретические сведения

Полевые, или униполярные транзисторы, - общее название усилительных полупроводниковых приборов, выходная цепь которых не имеет переходов, а ток в цепи определяется напряжением на управляющем электроде. В процессе усиления принимают участие только основные носители канала (электроны или дырки), отсюда и название приборов - униполярные.

Для расчета схемы на полевых транзисторах используют два семейства характеристик: переходные и выходные. Переходные характеристики (рис.16, а) показывают зависимость тока стока Iс от напряжения на затворе Uзи для ряда постоянных напряжений на стоке Uси., то есть

при

Выходные характеристики (рис. 16, б) показывают зависимость тока стока Iс от напряжения на стоке Uси для ряда постоянных напряжений на затворе Uзи.:

при



Крутизна переходной характеристики полевого транзистора показывает, на сколько миллиампер изменится ток стока Iс при уменьшении напряжения между затвором и истоком Uзи на I B при неизменном напряжении между истоком и стоком Uси.:

при

Внутреннее сопротивление транзистора

при

Ri определяют на пологом участке выходной характеристики, так как именно этот участок используют для построения усилителей на полевых транзисторах. Точку I выбирают сразу после перегиба характеристики, а точку 2 - в конце участка. Приращение выходного тока ?Ic должно соответствовать участку 1- 2 характеристики.

Порядок выполнения работы

1. В соответствии с принципиальной электрической схемой (см. рис. 17), произвести монтаж радиокомпонентов.

2. Для снятия характеристик :

ГН1- источник напряжения на затворе Uзи. Предварительно следует установить по измерителю выхода ИВ стенда "Нулевое напряжение” на выходе этого источника. Выходное напряжение ГН1 регулируется в пределах от 0 до -7В, при этом его полярность противоположна указанной на лицевой панели блока питания. Для изменения напряжения на выходе ГН1 нужно вращать его регуляторы против часовой стрелки;

G2(ГН2) - источник напряжения на стоке Uси ;

PV1(АВМ1 на пределе измерения "2,5В") - измеритель напряжения на затворе по отношению к истоку (Uзи ) ;

PA1(АВМ2 на пределах измерения "50мА", "10мА", "5мА". "1мА") - измеритель тока стока (Ic ) ;

PV2 (ИВ стенда, переключатель которого устанавливают в положение “ГН2-25В”)- измеритель напряжения на стоке Uси по отношению к истоку.

3. Данные занести в табл. 2 и 3.

Таблица 2

Напряжение затвор исток. Uзи , В	Ток стока Ic(мА) при напряжении сток-исток Uси=10В	Напряжение затвор исток. Uзи , В	Ток стока Ic(мА) при напряжении сток-исток Uси=10В
0		1,2
0,2		1,6
0,4		1,8
0,8		2

Таблица 3

Напряжение сток-исток Uси , В	1	2	3	5	8	10
Ток стока Ic(мА)при напряжении Uзи:	0
	0,3В
	0,6В
	0,9В
	1,2В

Обработка результатов измерения

Построить графики переходной и выходных характеристик. Произвести графический расчет параметров полевого транзистора S, Ri Рассчитать коэффициент усиления м= S *Ri .

Контрольные вопросы

1. Расскажите об устройстве и принципе работы простейшего полевого транзистора с затвором в виде p-n - перехода,

2. Какими носителями заряда определяется ток стока?

3. Чем объясняется высокое входное сопротивление полевых транзисторов?

4. Каковы назначения канала и затвора?

Лабораторная работа 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРА

Цель работы: изучение принципа действия тиристора, снятие и анализ вольт-амперных характеристик.

Оборудование и принадлежности: лабораторный стенд, тиристор КУ 101, провода соединительные.

Основные теоретические сведения

Тиристоры - полупроводниковые приборы с тремя или более p-n-переходами, имеющие на вольт-амперной характеристике участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Тиристор может находиться в двух устойчивых состояниях: открытом и закрытом.

В работе исследуется одна из разновидностей тиристоров -триодный тиристор, который может иметь одну из структур, приведенных на рис. 18.

Тиристор имеет четырехслойную p-n-p-n структуру, т.e. три р-n перехода П1, П2, ПЗ. Выводы от слоев р1 и n2, соответственно, называются анодом А и катодом К, являются основными электродами тиристора и включаются в цепь нагрузки. Вывод управляющего электрода УЭ выполняется от слоев р2 или n1 и служит для включения тиристора - перевода его в открытое состояние.

Тириcтор с управляющим электродом p-типа и его условное обозначение даны на рис 18 а,б. Такой прибор переключается в открытое состояние при подаче на управляющий электрод положительного сигнала. Именно такой тиристор (КУ 101) необходимо исследовать в лабораторной работе.

Тиристор с управляющим электродом n-типа и его условное обозначение показаны на рис. 18 в,г. Такой прибор переключается в открытое состояние при подаче на управляющий электрод отрицательного по отношению к аноду сигнала.

На рис.19 приведены ВАХ тиристора для различных токов управляющего электрода. Из ВАХ видно, что при токе Iy =0 тиристор переключается в открытое состояние при максимальном напряжении на основных электродах без использования управляющего электрода. Так работает диодный тиристор, имеющий только основные электроды: -анод и катод.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему исследования тиристора (см. рис. 20)



2. Выполнить измерения и занести результаты в табл.4. Для этого использовать:

ГТ - генератор тока стенда;

ГН3 - генератор напряжения стенда;

Iу (РА1)- измеритель тока управляющего электрода (ИВ стенда, переключатель в положение «ГТ - 1мА»);

РА 2 - измеритель тока нагрузки Ia (АВМ1 на пределах измерения «50мА» и «10мА» );

Uу (PV1) - измеритель напряжение на управляющем электроде (АВМ2 на пределах измерения «5В» и «1В») ;

PV2 - измеритель напряжения на аноде тиристора Uа (АВМ2 на пределах измерения "100В", "50B", "10В", "5В");

V1 - тиристор КУ 101;.

R - резистор сопротивлением З кОм.

3. При снятии ВАХ (прибор PV1 не используется) следует разорвать цепь управляющего электрода (Iy =0). Увеличивая выходное напряжение генератора ГН3, добиться переключения тиристора в открытое состояние. Напряжение, при котором начнется заметное увеличение анодного тока Ia и тиристор переключится, Ua max = Ua4 . Уменьшая до 0 напряжение на выходе ГН3 ( предел измерений поставить 5В), добиться перехода тиристора в закрытое состояние. Значения токов и напряжений записать в таблицу 4.

Таблица 4.

Ua ,В	Ia ,мА
Ua4

4. Снять зависимость напряжения включения тиристора от тока управления. Подключить ГТ, установить на его выходе минимальный ток, повернув регуляторы "Грубо" и "Точно" ГТ против часовой стрелки до упора. Установить на выходе ГН3 напряжение, равное Ua1, и, увеличивая ток ГТ, добиться включения тиристора в открытое состояние. Занести, значение тока Iy управляющего электрода в табл. 5. Принять Ua1=0,25 Ua4 ; Ua2=0,5 Ua4; Ua3 =0,75 Ua4.

Таблица 5.

Прямое напряжение Ua, В	Ток управления Iy, мА
Ua1
Ua2
Ua3
Ua4

Обработка результатов измерения

В отчете должны быть приведены результаты измерений и график вольт-амперной характеристики тиристора и зависимости Ua =F(Iy).

Контрольные вопросы

1. Структура и принцип действия тиристора.

2. Какой должна быть полярность напряжения для нормальной работы тиристора?

3. Укажите способы выключения тиристора.

Лабораторная работа 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ

Цель работы: исследование характеристик и параметров электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и проверка с ее помощью радиодеталей.

Оборудование и принадлежности: два блока питания, электронно-лучевая трубки, латр, плата для проверки работоспособности радиоэлементов (РЭ), универсальный вольтметр B7-I6A.

Основные теоретические сведения

Электронно-лучевые трубки - это приборы, предназначенные для преобразования электрического сигнала в световой изображение.

ЭЛТ состоит из электронно-оптической системы (электронного прожектора), отклоняющей системы и экрана (рис. 21).

Электронно-оптической системой называют конструктивный узел трубки, состоящий из катода и нескольких электродов, предназначенных для формирования электронного луча. В системе предусматривается возможность управления током луча.

Отклоняющая система служит для отклонения электронного луча, сформированного прожектором. Так как отклоняющая система должна обеспечивать совмещение электронного луча с любой точкой поверхности экрана, то, как правило, в ЭЛТ используется два отклоняющих элемента, смещающих луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях.



Экран состоит из подложки и нанесенного на нее люминофора и представляет собой конструктивный элемент ЭЛТ, на котором воспроизводится оптическое изображение.

Всe элементы ЭЛТ заключаются в стеклянную колбу. Дно колбы используется в качестве подложки экрана.

Наиболее распространенными параметрами ЭЛТ являются: чувствительность к отклонению луча по вертикали Ку и горизонтали Кх, а так же длительность послесвечения экрана, которая определяет возможность регистрации с помощью ЭЛT быстро или медленно протекающих процессов.

Чувствительность трубки к отклонению луча определяется ее геометрическими размерами. Для трубки с прямыми отклоняющими пластиками она рассчитывается по формуле

,

где VA2 - напряжение на втором аноде (значения остальных параметров, входящих в формулу, понятны из схемы основных элементов геометрии трубки, представленной на рис. 22.)

Безынерционное перемещение светящегося пятна по экрану ЭЛТ позволяет использовать ее в качестве весьма совершенного элемента измерительных приборов, установок и систем.

Порядок выполнения работы

1. Собрать лабораторную установку.

Для этого гнезда "6,3V, земля» блока ИП соединить с гнездами '"6,3 V , земля» блока ВИП.

Шнур питания блока ИП включить в гнезда латра с регулируемым напряжением от 0 до 250 В. Напряжение питания установить равным 220 В.

Включить в сеть вольтметр B7-I6A и подготовить его к работе. Для этого переключатель "Род работы" поставить в положение калибровки" " и ручкой калибровки установить на индикаторе калибровочное число, которое написано под ручкой. Затем переключатель "Род работы" установить в положение «0,5», а ручкой «0» - ноль на индикаторе. При контроле отклоняющего напряжения входные клеммы вольтметра подключить к гнездам "16,17" платы РЭ с гнезд "-0, -250+ " ИП. Отклоняющее напряжение подается на входные гнезда "Х1,Х2" или "У1,У2" с гнезд "12,13" платы РЭ.

Первый источник (ИП) позволяет получать фиксированные напряжения переменного тока:

· 4 В с номинальным током I А (гнезда «4 V» , «земля»);

· 6,3 В c номинальным током 4 А (гнезда «6,3 V» , «земля»);

· 12,6 В с номинальным током 0,5 А (гнезда «12,6 V» , «земля»);

· регулируемое напряжение переменного тока в диапазоне от 0 до 50 В с номинальным током 100 мА (гнезда «-0-50+»),

· фиксированное напряжение постоянного тока 250 В с номинальным током 100 мА (гнезда «0+250»);

· регулируемое напряжение постоянного тока в диапазона от 0 до 250 В с номинальным током 25 мА (гнезда «-0-250+»).

Второй источник питания ЭЛТ (ВИП) обеспечивает гнезда для управления положением электронного луча по координатам ЭЛТ:

по оси абсцисс (гнезда"Х1,Х2");

по оси ординат (гнезда"У1,У2").

В качестве измерительных приборов используется универсальный вольтметр B7-I6A.

Использование латра позволяет регулировать переменное входное напряжение, подаваемое на ИП в пределах от 0 до 250 В,

Схема платы РЭ представлена на рис. 23.

Плата РЭ служит для подключения радиоэлементов и измерительных приборов к ЭЛТ.

2. Исследовать чувствительность трубки к горизонтальному отклонению луча в зависимости от напряжения на втором аноде

.

При экспериментальном определении чувствительности измеряются размеры отклонения луча на экране hх и подающееся на гнезда "XI, Х2" ВИП напряжение, контролируемое с помощью вольтметра B7-I6A. Чувствительность в этом случае определяется по формуле

.

В процессе исследования напряжение на втором аноде изменять согласно табл. 6.

3. Исследовать чувствительность трубки к вертикальному отклонению луча в зависимости от напряжения на втором аноде .

Расчет чувствительности выполнить по формуле

,

где h Y - отклонение луча на экране по вертикали.

Таблица 6

Напряжение питания, В	Напряжение на 2-м аноде, В	Отклонение луча, мм
145	1185
160	I3I0
175	1430
190	1555
205	1675
220	1800
235	1920
250	2050

4. Провести проверку радиодеталей с помощью ЭЛТ. Для этого гнезда "Х1,Х2" ВИП соединить с гнездами "10, 11" платы РЭ; а гнезда "У1,У2" ВИП - с гнездами "8,9" РЭ. Место подключения выводов исследуемых радиоэлементов на плате РЭ обозначено "А,В". Входное напряжение 10-15 В на плату РЭ подается с гнезд "-0-50+" ИП.

Зарисовать полученные осциллограммы при исследовании:

постоянных резисторов с различными номиналами (или переменного резистора);

конденсаторы CI = 0,1 мкФ, С2 = 5 мкФ;

диод при прямом и обратном включении;

стабилитрон;

тиристор, управляющий электрод которого подключается к гнезду "24", а переменный резистор R=22кОм к гнездам "22,23" (при исследовании тиристора, гнезда "6" и "7" замыкаются перемычкой);

транзистор подключается эмиттером и коллектором к гнездам А и В. База транзистора подключается к гнезду 24. Переменный резистор R =47 МОм - к гнездам "22,23". В зависимости от вида транзистора перемычкой замыкаются либо гнезда "6" и "7", либо "14" и "15".

тиристор, управляющий электрод которого подключается к гнезду "24", а переменный резистор R=22кОм к гнездам "22,23" (при исследовании тиристора, гнезда "6" и "7" замыкаются перемычкой);

транзистор подключается эмиттером и коллектором к гнездам А и В. База транзистора подключается к гнезду 24. Переменный резистор R =47 МОм - к гнездам "22,23". В зависимости от вида транзистора перемычкой замыкаются либо гнезда "6" и "7", либо "14" и "15".



Контрольные вопросы

полупроводниковый диод транзистор

1. Какую роль выполняет ускоряющий электрод?

2. Чем объясняется различная чувствительность трубки к горизонтальному и вертикальному отклонениям?

3. В чем заключается особенность электронной линзы?

Список литературы

1. Электроника : учеб. для вузов по направлению 210300 - «Радиотехника» / Г. Г. Шишкин, А. Г. Шишкин . - М.: Дрофа, 2009. - 703 с. : a-ил (2 экз)

2. Электротехника и электроника : учеб. пособие для соц. вузов, техн. отд-ний гуманитар. вузов и вузов неэлектротехн. профиля / М. А. Жаворонков, А. В. Кузин. - 2-е изд., стер . - М.: Академия, 2008. - 393 с. : a-ил. - (Высшее профессиональное образование)(23 экз)

3. Электроника : учеб. пособие для вузов по направлению 654100 «Электроника и микроэлектроника» / А. А. Щука; под ред. А. С. Сигова. - 2-е изд., перераб. и доп . - СПб.: БХВ-Петербург, 2008. - 739 с. : a-ил. - (Учебная литература для вузов)( 2 экз)

Размещено на Allbest.ru