МУ к лаб.работам,приб. и выпрям. (3). Лабораторная работа 1. Исследование выпрямительного диода
 Скачать 482.02 Kb.
|
|
Лабораторная работа №1. Исследование выпрямительного диода Цель работы. 1. Изучить принцип действия и ВАХ полупроводникового выпрямительного диода Краткие теоретические сведения Полупроводниковыми диодами называют двухэлектродные приборы с одним p - n переходом. Переход образуется за счет двух слоев полупроводника с различными типами проводимости. Структура и условное графическое обозначение диода приведено на рисунке 1.1.  а) б) Рисунок 1.1 – Структура (а) и графическое обозначение диода (б) Основной характеристикой диода является его вольтамперная характеристика (ВАХ) – зависимость тока IД через диод от напряжения на нем UД(рисунок 1.2)  Рисунок 1.2 – Идеальная (а) и реальная (б) ВАХ диода Когда диод открыт (плюс на аноде), через него протекает большой прямой ток Iпр (диффузионный), его сопротивление RД  0, а когда диод закрыт (минус на аноде) через него протекает лишь небольшой обратный ток Iобр, (дрейфовый), а его сопротивление RД При достижении отрицательного обратного напряжения величины Uобр.доп.происходит пробой p - n его перехода, что вызывает резкий рост обратного тока Iобр (аварийный режим). Основное назначение диода – выпрямление переменного тока.Программа работы В среде программы ElectronicsWorkbenchсмоделировать схему установки для исследования сначала прямой, а затем обратной ветвей вольтамперной характеристики выпрямительного диода. Тип исследуемого диода выбирается по данным таблицы 1.1. Таблица 1.1  Исследовать прямую ветвь ВАХ выпрямительного диода. Исследование прямой ветви выпрямительного диода проводится по схеме рисунка 1.3.  Рисунок 1.3- Схема для исследования прямой ветви ВАХ диода Изменяя значение параметров источника напряжения от 0 В до 0.85 В и регистрируя показания амперметра и вольтметра, исследовать прямую ветвь ВАХ диода. Результаты измерений занести таблицу 1.2. Таблица 1.2  Исследовать обратную ветвь ВАХ выпрямительного диода. Исследование обратной ветви диода проводится по схеме рисунка 1.4.  Рисунок 1.4- Схема для исследования обратной ветви ВАХ диода Изменяя значение параметров источника напряжения от 0 В до 300 В и регистрируя показания амперметра и вольтметра, исследовать обратную ветвь вольтамперной характеристики диода. Результаты измерения занести в таблицу 1.3. Таблица 1.3  По данным таблицы 1.2 и таблицы 3 построить ВАХ диода. Содержание отчета 1. Цель и программа работы. 2. Схемы виртуальных установок. 3. Таблицы и ВАХ диода, построенные по результатам экспериментов. 4. Краткие выводы по работе. Контрольные вопросы 1. Каковы цель и программа работы ? 2. Какие вы знаете полупроводниковые материалы ? 3. Чем отличаются полупроводники n – типа и p – типа ? 3. Что представляет собой p - n-переход ? 5. Объяснить ВАХ диода 6. Какие основные виды пробоя p - nперехода имеются у диода ? 7. Каковы назначение и области применения полупроводниковых выпрямительных диодов? Лабораторная работа № 2. Исследование полупроводникового стабилитрона Цель работы. 1. Изучить принцип действия и ВАХ полупроводникового стабилитрона Краткие теоретические сведения Стабилитроны отличаются от выпрямительных диодов тем, что их обратная ветвь ВАХ имеет протяженный участок 2 - 3 электрического пробоя (рисунок 2.1). На этом участке ток изменяется в больших пределах, а напряжение изменяется в небольших пределах. Это явление и используют для стабилизации напряжения постоянного тока. Стабилитроны включаются всегда в обратном направлении. Прямая ветвь ВАХ стабилитронов такая же, как и у выпрямительных диодов.  Рисунок 2.1 – ВАХ стабилитрона и его условное обозначение Основными параметрами стабилитронов являются минимальное напряжение стабилизации UCTmin; максимальное напряжение стабилизации UCTmax; минимальный ток стабилизации ICTmin; максимальный ток стабилизации ICTmах и динамическое сопротивление RД стабилитрона :  Чем меньше величина динамического сопротивленияRД, тем меньше изменяется напряжение на стабилитроне, при изменении тока через него, тем лучше стабилитрон. Программа работы В среде программы ElectronicsWorkbenchсмоделировать схему установки для исследования сначала прямой, а затем обратной ветвей ВАХ стабилитрона. Тип исследуемого стабилитрона выбирается по данным таблицы 2.1. Таблица 2.1  2. Собрать схему рисунка 2.1 для исследования прямой ветви ВАХ стабилитрона.  Рисунок 2.1- Схема для исследования прямой ветви ВАХ стабилитрона Исследовать прямую ветвь ВАХ стабилитрона, изменяя значения источника напряжения от 0 до 1,2 В. Результаты измерений занести в таблицу 2.2. Таблица 2.2  3. Собрать схему рисунка 2.2 для исследования прямой ветви ВАХ стабилитрона.  Рисунок 2.2 - Схема для исследования обратной ветви ВАХ стабилитрона Исследовать обратную ветвь ВАХ стабилитрона, изменяя значения источника тока от 0 до 100 мА. Результаты измерений занести в таблицу 2.3. Таблица 2.3  По таблицам 2.2 и 2.3 построить ВАХ стабилитрона.  5  Содержание отчета 1. Цель и программа работы. 2. Схемы виртуальных установок 3. Таблицы и вольтамперная характеристика стабилитрона, построенные по результатам экспериментов. 4. Краткие выводы по работе Лабораторная работа № 3 Исследование и снятие ВАХ биполярного транзистора Цель работы: Изучение принципа действия биполярного транзистора, снятие ВАХ транзистора. Краткие сведения из теории Управление током и усиление сигналов в схемах полупроводниковой электроники осуществляют с помощью транзисторов. Биполярный транзистор представляет собой кристалл полупроводника, состоящий из трех слоев с чередующейся проводимостью и снабженный тремя выводами (электродами) для подключения к внешней цепи. На рисунке 3.1 показано схематическое обозначение двух типов транзисторов. Крайние слои называют эмиттером (э) и коллектором (к), между ними находится база (б). В трехслойной структуре имеются два электронно-дырочных перехода: эмиттерный переход между эмиттером и базой и коллекторный переход между базой и коллектором.  Рисунок 3.1 - Условное обозначение биполярного транзистора Для расчета и анализа устройств с биполярными транзисторами используют h - параметры транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером(ОЭ). Одним из основных параметров является статический коэффициент передачи тока h21Э , характеризующего усилительные свойства транзистора. Численное значение этого параметра показывает, во сколько раз ток коллектора больше вызвавшего его тока базы.
Чем больше коэффициент h21Э, тем большее усиление сигнала может обеспечить данный транзистор. Параметр h11Э имеет размерность сопротивления, он представляет собой входное сопротивление биполярного транзистора.
Параметр h12Э – безразмерный коэффициент внутренней обратной связи по напряжению.
Параметр h22Э имеет размерность проводимости и характеризует выходную проводимость транзистора при постоянном токе базы
Транзистор по схеме с ОЭ описывается семействами выходных и входных характеристик. Выходной или коллекторной ВАХ транзистора называют зависимость коллекторного тока от напряжения между коллектором и эмиттером  , снятая при неизменном токе базы IБ = const. Для снятия этой характеристики можно воспользоваться схемой (рисунок 3.2) при поддержании постоянства IБ. Семейство выходных ВАХ транзистора приведено на рисунке 3.3. На большей части характеристик при  ток коллектора почти не зависит от напряжения (пологий участок характеристик). На этом участке транзистор работает в режиме, когда на эмиттерном переходе действует прямое напряжение, а на коллекторном – обратное. На пологом участке выходных характеристик транзистор может характеризоваться как прибор со свойствами управляемого источника тока, т.е. источника тока IK, значение которого можно изменять путем изменения тока IБ. Небольшой наклон пологого участка выходной характеристики обусловлен тем, что при увеличении напряжения увеличивается напряжение на коллекторном переходе и уменьшается ширина базы. Крутой участок выходных характеристик транзистора характеризуется потерей транзистором свойств усилительного элемента, эта часть характеристики используется при реализации ключевого режима транзистора. Рисунок 3.3 - Выходные характеристики биполярного транзистора Резкое увеличение тока IК в транзисторах при значительных напряжениях UКЭ вызвано, лавинным размножением носителей в коллекторном переходе, т.е. возникает электрический пробой. Для предотвращения необратимого пробоя транзистора ограничиваются напряжение на коллекторе и мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе. Входная характеристика транзистора описывает зависимость тока базы от напряжения между базой и эмиттером  при постоянном напряжении UКЭ . При UКЭ = 0 оба перехода в транзисторе работают при прямом напряжении, токи коллектора и эмиттера суммируют в базе. Входная характеристика в этом режиме представляет собой ВАХ двух р-n переходов, включенных параллельно (рисунок 3.4) Рисунок 3.4 - Входная характеристика биполярного транзистора Содержание лабораторной работы . Исследуемая схема изображена на рисунке 3.5.  Рисунок 3.5 - Принципиальная схема для исследования биполярного транзистора Задание 1 а) Снять семейство входных ВАХ транзистора IБ = f ( UБЭ ) при двух напряжениях коллектор-эмиттер UКЭ = 0 и UКЭ = 5 В ( Е2 = 0 и Е2 = 5). б) Снять семейство выходных ВАХ IК = f ( UКЭ ) транзистора при значениях тока базы равных: 0,1 мА; 0,5 мА; 1 мА. При выполнения первого этапа шаг изменения напряжения на переходе база-эмиттер на прямой ветви ВАХ рекомендуется принять 0,1 В. При этом ток базы, соответствующий заданным напряжениям, заносится в таблицу и не должен превышать 1мА. Шаг изменения параметров выбирается таким образом, чтобы на каждой из ветвей ВАХ было от 6 до 10 точек. По полученным данным строится прямая ветвь ВАХ и определяется напряжение открывания перехода при токе около 10 мкА и направление смещения ВАХ при разных напряжениях коллектор-эмиттер.
По полученным данным построить графическую зависимость IБ от UБЭ транзистора при постоянном напряжении UКЭ = 0 и UКЭ = 5В. Выбрать по таблице 3.2 транзистор, в соответствии с номером варианта.
 Рисунок 3.6 - Принципиальная схема для исследования биполярного транзистора |
