9_1_Методические_указания_по_выполнению_лабораторных_работ. Методические указания по выполнению лабораторных работ дисциплины Физические основы электроники

• Название: Методические указания по выполнению лабораторных работ дисциплины Физические основы электроники
• Дата: 06.04.2023
• Размер: 0.49 Mb.
• Имя файла: 9_1_Методические_указания_по_выполнению_лабораторных_работ.rtf
• Тип: Методические указания; #1042303
• страница: 2 из 3

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Как формируется потенциальный барьер p-n перехода?

2. От чего зависит толщина запорного слоя?

3. Чем определяется высота потенциального барьера р-n – перехода?

4. Каково уравнение вольт-амперной характеристики полупроводникового диода?

5. Что такое коэффициент выпрямления?

6. Каков принцип работы туннельного диода?

7. В чем заключаются основные преимущества туннельного диода?

8. Каковы особенности вольт-амперной характеристики ТД?

Отчет должен содержать:

1. 
   Экспериментальные данные.
   
2. 
   Графики п.п.4,5,7,9.
   
3. 
   Расчет К и β.
   
4. 
   Выводы.
   

Литература:

[2]-C.120-147.

Методическая литература:

[8]-C.105-114.

Лабораторная работа №4

Процессы в биполярном транзисторе

Цель работы: изучение основных физических закономерностей, определяющих работу биполярных транзисторов, исследование основных характеристик транзисторов, их температурных зависимостей.

Методические указания к выполнению работы:

1. 
   Включить характериограф.
   
2. 
   Установить в гнезда характериографа испытуемый транзистор.
   
3. 
   Получить на характериографе семейство характеристик транзистора I_к=f(U_к)_Iб для различных токов базы. Зарисовать их с соблюдением и указанием масштаба и осей координат.
   
4. 
   Получить характеристики I_э=f(U_э)_Uк и зарисовать их (U_К=5–12 В).
   
5. 
   Включить нагреватель и дождаться температуры 45-50°С.
   
6. 
   Выполнить п.п. 3, 4.
   
7. 
   Построить график I_К=f(I_б)_Uк для трех значений U_К при комнатной и повышенной температуре (

60°С).

Используя полученные графики и соответствующие расчетные формулы, определить характеристики транзистора α, построить график α=f(U_К) при разных температурах.

Вычислить значения r_э, r_к, r_Б для двух температур.

Сделать выводы о протекающих в транзисторе процессах при изменении режимов и температуры.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. 
   Чем отличаются бездрейфовые и дрейфовые биполярные транзисторы?
   
2. 
   Нарисуйте зонную диаграмму n-p-n-транзистора в равновесном состоянии.
   
3. 
   Какое смещение имеют эмиттерный коллекторный переходы при нормальном включении?
   
4. 
   Назовите основные схемы включения биполярных транзисторов.
   
5. 
   Дайте определение коэффициенту переноса и коэффициенту инжекции.
   
6. 
   Как связаны коэффициенты усиления эмиттерного и базового тока?
   
7. 
   Как связан коэффициент переноса с шириной базы?
   
8. 
   Как влияет уровень легировании эмиттера на величину коэффициента инжекции?
   
9. 
   Объясните зависимость коэффициента усиления от тока эмиттера.
   
10. 
    Объясните зависимость коэффициента усиления от коллекторного напряжения.
    
11. 
    Как изменяется коэффициент усиления с увеличением температуры?
    
12. 
    В чем заключается эффект Эрли?
    
13. 
    Сравните наклон выходных характеристик транзистора при включении ОЭ и ОБ.
    
14. 
    Каков порядок величины сопротивления базы?
    

Отчет должен содержать:

1. 
   Экспериментальные данные.
   
2. 
   Графики.
   
3. 
   Расчет характеристик транзисторов..
   
4. 
   Выводы.
   

Литература [2]-C.148-193.

Методическая литература:

[8]-C.3-31.

Лабораторная работа №5

Исследование процессов в тиристорах

Цель работы: - ознакомление с основными свойствами и параметрами однооперационного тиристора, способами его управления, изучение принципа действия управляемого однофазного выпрямителя и электронного ключа постоянного тока, освоение методики экспериментального определения основных характеристик исследуемых устройств

Методические указания к выполнению работы:

1. 
   Исследовать влияние угла включения тиристоров а на форму напряжения на нагрузке U_H(t) и зарисовать осциллограмму U_H(t) при фиксированных значениях а . Для этого необходимо:
   

а) подключить лабораторный стенд и включить схему управляемого выпрямителя;

б) установить значение R_H , при котором ток нагрузки будет максимальным;

в) подсоединить осциллограф к резистору R_H;

г) установить резистором R различные значения а (три - четыре значения по указанию преподавателя) и для каждого значения зарисовать осциллограмму U_H(t) в одном масштабе времени, расположив все осциллограммы,»одна под другой.

Значение а отсчитывать по калибровочной сетке на экране осциллографа, использовав в качестве базы длительность полупериода выпрямляемого напряжения частотой 50 Гц.

2. 
   Построить регулировочную характеристику U_HCP = f (а) при R_H = const. Для этого необходимо:
   

а) установить значение RH , при котором ток нагрузки будет максимальным;

б) изменяя значения а (в диапазоне 0 ... 180° с помощью R_u измерить соответствующие значения напряжения на нагрузке U_HCP. По данным измерений построить регулировочную характеристику.

3. 
   Построить семейство внешних характеристик выпрямителя U_HCP = f (1_НСР) при а = const. Для этого необходимо устанавливать поочередно значения а, указанные в п. 1 г. , и для каждого значения а , изменяя ток 1_НСР с помощью R_H , измерить соответствующее значение U_HCP. Данные измерений для каждого значения а занести в табл.1, по измеренным значениям построить семейство характеристик. Все внешние характеристики должны быть построены в общих осях координат.
   

Таблица 1

а1		а2		аз
Ьср	Шср	Ьср	Шср	Ьср	р с

Исследование ключа постоянного тока

4. 
   Изучить работу тиристорного ключа в режиме кнопочного управления включением и выключением нагрузки RH в цепи постоянного тока. Для этого необходимо:
   

а) включить схему ключа с помощью переключателя S2 ;

б) кратковременно нажать на кнопку S3 , измерить напряжения U_H , Uc , U_V5 , U_V6 и ток нагрузки I_H . Данные измерений занести в табл.2. Значения U_H и I_H измеряют приборами, расположенными на лицевой панели стенда, остальные напряжения нзмеряют вольтметром;

в) кратковременно нажать на кнопку S4 , измерить напряжения U_H , U_c , U_V5 , U_V6 и ток I_H . Данные измерений записать в табл.2;

г) поочередно нажимая на кнопки S4 и S3 , убедиться в периодичности включения и выключения нагрузки.

Таблица 2

Измеряемые величины	Нагрузка
	выключена	включена
Ih
Uh
Uc
UV5
Uv6

5. 
   Изучить работу тиристорного ключа в режиме импульсного регулирования напряжения на нагрузке. Для этого необходимо:
   

а) установить импульсный режим работы ключа с помощью переключателя S2;

б) подсоединить осциллограф к нагрузке Rh (щуп осциллографа "корпус" должен быть соединен с анодом тиристора V6);

в) по осциллограмме U_H(t) убедиться в возможности регулирования длительности подключения нагрузки к источнику постоянного напряжения U, изменяя временной сдвиг импульсов i_y5 и i_y6 с помощью переменного резистора R ;

г) зарисовать в одном масштабе времени осциллограммы U_H(t) для крайних положений R₉;

д) для среднего положения R зарисовать в одном масштабе времени осциллограммы U_H(t), Uc(t), U_V5(t), U_V6(t), расположив их одна под другой. При наблюдении U_V5(t) и U_V6(t) щуп осциллографа "корпус" подсоединять к катодам тиристоров V5 и V6 соответственно, а при наблюдении U_c(t) - к аноду V6.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называют управляемым выпрямителем и электронным ключом постоянного тока?

2. Дать определения основных характеристик управляемого выпрямителя.

3. Каковы основные свойства и параметры тиристора, способы его управления?

4. Объяснить принцип работы управляемого выпрямителя.

5. Что такое угол включения тиристора а и каким образом он измеряется в работе?

6. Объяснить принцип работы электронного ключа постоянного тока.

7. Пояснить характер экспериментальных зависимостей и осциллограмм, 

полученных в процессе выполнения работы.

8. Объяснить назначение измерительных приборов, используемых в работе.

Отчет должен содержать:

1.Экспериментальные данные.

2.Графики.

3.Расчеты параметров тиристора.

4.Выводы.
Литература:

[2]-C.- 245-259.

Методическая литература:

[12]-C.125-141.

Лабораторная работа №6.

Исследование эффекта поля в полупроводниках

Цель работы: изучение влияния величины и направления поля на поток основных носителей, определение основных параметров МДП структур, изучение влияния на них поверхностных состояний. Для измерения напряжения на затворе используется компенсационный метод.

Методические указания к выполнению работы:

1. Снять вольт-амперные характеристики затвор-сток автоматически при заданных параметрах.

2. Снять вольт-амперную характеристику исток-сток в ручном режиме установки тока затвора при различных значениях тока затвора.

3. Снять характеристики затвор-сток при различных значениях тока стока.

4. Получить вольт-фарадные характеристики МДП структуры и контакта металл-полупроводник.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объясните появление поверхностных уровней Тамма и Шокли, структуру энергетических зон на поверхности полупроводника.

2. Какие поверхностные состояния называют быстрыми и медленными?

3. Что такое дебаева длина экранирования?

4. Какова роль поверхностных состояний в контактных явлениях?

5. Что называется инверсным слоем и как он образуется?

6. Как появляются обедненный и обогащенный слои?

7. Какова сущность эффекта поля?

8. Где и как применяется эффект поля?

9. Опишите процессы в МОП и МДП структурах.

10. Опишите процессы в полевом транзисторе.
Отчет должен содержать:

1.Экспериментальные данные.

2.Графики п.п.1-4.

3.Расчет концентрации носителей заряда.

4.Выводы.

Литература:

[1]-C.207-225; [2]-C.194-244.

Методическая литература:

[8]-C.60-69.

Семестр 4. КВАНТОВАЯ И ОПТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Лабораторная работа №7

Светодиоды

Цель работы: изучение основных физических закономерностей, определяющих работу полупроводниковых светодиодов. Исследование характеристик таких приборов.

Методические указания к выполнению работы

1.Снять спектральную зависимость интенсивности излучения светодиода.

2.Определить КПД светодиода.

3.Снять и построить зависимость яркости светодиода от тока. Пользуясь выражением (51), определить значения L0,,I0.

4.Определить порог зажигания светодиода.

5.Проделать пункты 1-4 для повышенной температуры.

6.Определить тип полупроводника светодиода.

7.Сменить светодиод и проделать п.п. 1-6.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Типы рекомбинационных процессов.

2.Излучательная и безызлучательная рекомбинация.

3.Принцип действия светодиода.

4.Влияние температуры на работу светодиода.

5.Условия работы лазера.

6.Работа полупроводникового инжекционного лазера.

7.Типы и характеристики лазеров.

Отчет должен содержать:

1. 
   Экспериментальные данные.
   
2. 
   Графики.
   
3. 
   Погрешности результатов.
   
4. 
   Выводы.
   

Литература:

[1]-C.174-204; [2]-C.281-291.

Методическая литература:

[9]-C.32-41.
Лабораторная работа №8

Процессы в полупроводниковом лазере

Цель работы: изучение основных физических закономерностей, определяющих работу полупроводниковых лазеров. Исследование характеристик таких приборов.

Методические указания к выполнению работы

1.Снять спектральную зависимость интенсивности излучения лазера.

2.Определить КПД лазера.

3.Снять и построить зависимость яркости лазера от тока. Пользуясь выражением (51), определить значения L0,,I0.

4.Определить порог зажигания лазера.

5.Проделать пункты 1-4 для повышенной температуры.

6.Определить тип полупроводника лазера.

7.Сменить лазер и проделать п.п. 1-6.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дайте определение когерентного излучения.

2. Дайте определение самопроизвольного и вынужденного излучательного перехода.

3. Приведите достаточное условие генерации в ИППЛ.

4. Поясните роль резонатора.

5. Как работает гомолазер?

6. Доля внутренних потерь ИППЛ – 0,2, его длина 1 мм, R = 0,8. Оцените оптическую мощность лазера при прямом токе 50 мА и напряжении 2 В.

7. Перечислите недостатки гомолазеров.

8. Опишите конструкцию и механизм работы гетеролазера с одним переходом.

9. Опишите конструкцию и механизм работы гетеролазера с двумя переходами.

10. Где используются ИППЛ?

Отчет должен содержать:

1. 
   Экспериментальные данные.
   
2. 
   Графики.
   
3. 
   Погрешности результатов.
   
4. 
   Выводы.
   

Литература:

[1]-C.200-210; [2]-C.281-299.

Методическая литература:

[9]-C.32-41.