Метод. пособ ОЭТ_лаб. Методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине Основы электронной техники для студентов направления подготовки бакалавра

• Название: Методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине Основы электронной техники для студентов направления подготовки бакалавра
• Дата: 21.04.2022
• Размер: 5.09 Mb.
• Имя файла: Метод. пособ ОЭТ_лаб.doc
• Тип: Методическое пособие; #488675
• страница: 7 из 10

2.6 Работа в режиме анализатора электрических цепей

При нажатии кнопки CitcuitAnalyzer в режиме осциллографа, запускается окно функционального генератора, а также окно Bode Plotter (рисунок 2.17), состоящее из основного окна, в котором строится АЧХ тестируемого устройства, а также полей VerticalScale (вертикальный масштаб), FrequencyRange (диапазон частот), FrequencyStart (начальная частота работы генератора), полей выбора типа масштаба по оси частот (линейный или логарифмический), поля V-range (диапазон отображаемого на графике напряжения).



Рисунок 2.17 - Окно программы PC-Lab2000 в режиме анализатора электрических цепей
Окно BodePlotter имеет ряд меню.

Меню File содержит следующие пункты:

- Open Image – открывает рисунок АЧХ из выбираемого файла формата .bmp;

- Open Data – открывает файл формата ASCII с расширением .txt содержащий численные значения измеренной ранее и сохраненной АЧХ;

- Save Image – сохраняет в графическом файле формата .bmp изображение построенной АЧХ;

- Save Data – сохраняет в текстовом файле формата ASCII с расширением .txt численные значения построенной АЧХ;

- Exit – закрывает окно Bode Plotter, окна осциллографа и генератора остаются активными.

Меню Edit состоит из пунктов:

- Copy Image – копирует в буфер обмена изображение АЧХ;

- Paste Image – вставляет изображение АЧХ из буфера обмена в окно программы;

- Copy Data – копирует в буфер обмена численные значения АЧХ.

Меню Options (рисунок 2.18) включает в себя следующие команды:

- Automatic Voltage Scale – автоматическое масштабирование по вертикальной оси (оси напряжения);

- Show multiple traces – отображает на дисплее несколько графиков на одном экране, существует возможность изменить масштаб между измерениями;

- Frequency Step Size – эта команда позволяет изменить размер шага частоты, величина шага может устанавливаться в процентах от шага по умолчанию, шаг по умолчанию равен начальной частоте, если не установлена галочка Log. Freq. Step и равен первой частоте каждой декады, если эта галочка установлена;

- Wait Time – добавляет задержку от 1 до 10 секунд перед расчетом действующего значения по каждой частоте сигнала генератора, эта задержка может использоваться для выход схемы на установившийся режим работы;

- Colors – выбирает цвета для различных элементов оформления экрана для изменения цвета надо щелкнуть на соответствующей кнопке, при этом откроется диалоговое окно в котором можно выбрать новый цвет;

- Colors of Multiple Traces – позволяет изменить цвета линий графиков в режиме Multiple Trace Mode;



Рисунок 2.18 - Пункты меню Options
Меню View

- Markers – обеспечивает измерение с помощью маркеров абсолютных значений напряжения, разности напряжений и сдвигов фаз, для перемещения маркеров надо расположить указатель мыши на выбранной линии маркера, нажать и удерживать левую кнопку мыши, линия маркера станет сплошной и ее можно перемещать в желаемую позицию;

- Phase Plot – вычисляет и отображает разницу между входными и выходными цепями исследуемого устройства.

Схема соединения устройств в режиме анализатора электрических цепей показана на рисунке 2.19.


Рисунок 2.19 - Соединение испытательного генератора, осциллографа и испытуемого устройства для снятия АЧХ испытуемого устройства
Вход испытуемого устройства подключается к функциональному генератору. Необходимо следить, чтобы выход испытуемого устройства подключался к каналу1 осциллографической приставки.

После нажатия кнопки старт, генератор начинает работать в режиме генератора качающейся частоты, генерируя синусоидальный сигнал с неизменной амплитудой, частота которого изменяется с некоторым фиксированным шагом.

3 Методические рекомендации по проведению лабораторных работ

3.1 Лабораторная работа № 1. Определение свойств, параметров, вольт - амперных характеристик выпрямительных диодов и степени их соответствия техническим условиям

1 Цель работы
Цель работы - достичь понимания свойств и характеристик полупроводниковых выпрямительных диодов, приобрести навыки экспериментального определения их вольтамперных характеристик (ВАХ) и практического определения соответствия их параметров техническим условиям или справочным данным.
2 Задачи работы
2.1 Изучить теоретический материал по выпрямительным диодам.

2.2 Выполнить экспериментальную часть работы в соответствии с программой и обработать результаты экспериментов.

2.3. По результатам проведенных работ оформить отчет и защитить его.
3Программа работ
3.1 Ознакомиться с методическими рекомендациями по выполнению данной работы.

3.2 Изучить теоретические сведения по электрофизическим явлениях в электронно-дырочных переходах, свойствам и параметрам полупроводниковых выпрямительных диодов по конспекту лекций по дисциплине "Твердотельная электроника" и литературе [1 - 4].

3.3 Подготовить формуляр отчета по лабораторной работе.

3.4 Ознакомиться с устройством лабораторного стенда и подготовить его к работе.

3.5 Снять прямые ветви ВАХ кремниевого и германиевого диодов.

3.6 Снять обратные ветви ВАХ этих же диодов.

3.7 Построить графики полученных ВАХ.

3.8 Определить величины порогового напряжения, напряжения пробоя и обратного тока.

3.9 Рассчитать по ВАХ зависимости статического R_c и динамического R_д сопротивлений от тока диода.

3.10 Определить по справочнику параметры номинального режима диодов и для номинального тока построить схемы замещения.

3.11 Сравнить параметры исследованных диодов с техническими условиями или со справочными данными.

3.12 Для цепи, состоящей из последовательно соединенных источника напряжения с величиной электродвижущей силы (ЭДС) равной Е_о, нагрузочного резистора R_н = 1 кОм и диода, рассчитать изменение коэффициента h полезного действия (КПД) такой цепи при изменении Е в диапазоне ±10% от величины Е₀. Ток диода при Е = Е₀ принять равным 2 мА. Сравнить полученные зависимости для германиевого и кремниевого диодов и объяснить их.

3.13 Для цепи по п. 3.12 при Е = Е_о рассчитать и построить графики зависимостей величины h цепи от изменения сопротивления резистора R в диапазоне от 500 Ом до 1,5 кОм.

3.14 Закончить оформление отчета и сделать выводы о степени соответствия исследованных диодов техническим условиям, сравнить свойства германиевого и кремниевого диодов и объяснить их отличия. Справочные данные на германиевые и кремниевые диоды приведены в приложении.

3.15 Защитить отчет.
4 Методические рекомендации.
4.1 При изучении теоретического материала обратить внимание на свойства полупроводников и электронно-дырочных переходов, связанных с различной шириной запрещенной зоны у разных полупроводниковых материалов. Повторить графоаналитические методы расчета режимов нелинейных цепей, а также условные обозначения элементов в электрических цепях и их буквенные обозначения по действующим ГОСТам.

4.2 Работа выполняется на модернизированном лабораторном стенде 87Л-01 "ЛУЧ". При выполнении экспериментальной части лабораторной работы необходимо использовать сменный планшет №1. Рекомендуемые приборы: 1) генератор тока (ГТ 0-10 мА) и генератор напряжения (ГН2 0-15 В и ГН3 30-100 В), находящиеся на нижней панели стенда, смотри описание стенда, часть 1), 2) мультиметры, находящиеся на правой и левой панелях стенда, 3)кремниевый или германиевый диод по указанию преподавателя, 5)соединительные провода.

4.3 Прямая ветвь ВАХ снимается по схеме, приведенной на левой части планшета (рисунок 1), обратная ветвь - по схеме на правой части. Для точного получения результатов при малых значениях измеряемых величин необходимо устанавливать переключатели приборов на как можно меньшие диапазоны измерения, не допуская, тем не менее, зашкаливания приборов.



Рисунок 1 – Схема стенда для снятия вольт – амперных характеристик диода в прямом включении
4.4 При снятии прямых ветвей ВАХ необходимо обратить внимание на полярности источников и приборов, указанные на левой схеме планшета и собрать схему в строгом соответствии с этими полярностями. Далее надо поставить переключатель одного из мультиметров в положение 2 мА, а второго - 2 В. Установить рукоятки ГТ "ГРУБО" и "ТОЧНО" в крайнее левое положение.

После проверки собранной схемы преподавателем или лаборантом включить стенд, поставив включатель питания «Сеть» в положение "I" (включено). При этом должна загореться подсветка включателя. Вращая рукоятки "ГРУБО" и "ТОЧНО" генератора тока, снять показания мультиметров в 10 -12 точках. Максимальное значение задаваемого тока - 10 мА - превышаться не должно. Затем отключить питание стенда, полученные значения токов и напряжений занести в таблицу. После замены диода указанные действия повторить.

4.5 При снятии обратных ветвей ВАХ необходимо собрать схему на правой части планшета стенда, соблюдая указанные на ней полярности приборов и источников (см. рисунок 2). Поставить переключатель одного из мультиметров в положение 2 мА, переключатель второго в положение 200 В. Установить рукоятки ГН3 "ГРУБО" в крайнее левое положение.

4.6 После проверки собранной схемы включить стенд, поставив включатель питания «Сеть» в положение "I". При этом должна загореться подсветка включателя. Вращая рукоятку генератора напряжения "ГН3 0-100 В", снять показания приборов в 10-12 точках. Максимальное задаваемое напряжение - 100 В. Отключить стенд. Занести в таблицу полученные значения токов и напряжений. Построить в первом приближении черновые графики полученных ВАХ и показать их преподавателю. Разобрать схему. Сдать соединительные провода и сменные элементы лаборанту.


Рисунок 2 - Схема стенда для снятия вольт – амперных характеристик диода в обратном включении
4.7 Построить точные графики полученных ВАХ. Поскольку масштабы токов и напряжений на осях графиков прямых и обратных ветвей ВАХ различны, то допускается прямые и обратные ветви ВАХ строить на отдельных графиках.

4.8 При оформлении отчета руководствоваться требованиями к оформлению отчетов по лабораторным работам кафедры «Промышленная электроника».
5 Содержание отчета
Отчет должен содержать следующие разделы:

· цель и программа работ,

· описание методики, принципиальной электрической схемы для определения ВАХ диодов с приведением всех используемых приборов, разъемов и их буквенных обозначений, а также таблиц со значениями экспериментальных данных.

· графики ВАХ диодов с определенными графически пороговыми напряжениями и напряжениями пробоя,

· расчет зависимостей Rc и Rд от тока диодов, графики этих зависимостей и схемы замещения диодов для номинального тока,

· справочные данные исследуемых диодов и их эскизы с указанием названия электродов,

· расчет КПД цепи по п.п.3.11 и 3.12,

· выводы по работе,

· список литературы, использованной при проведении работы.
6 Вопросы для самоконтроля
6.1 Вопросы для допуска к выполнению лабораторной работы.
· В чем заключается цель лабораторной работы?

· Какие приборы используются при выполнении лабораторной работы?

· Как определяется прямая ветвь ВАХ диода?

· Как определяется обратная ветвь ВАХ диода?

· Какие пределы измерения выставляются на приборах при определении прямой и обратной ветвей ВАХ диода?

· Какой максимальный ток выставляется при определении прямой ветви ВАХ диодов и какое максимальное напряжение выставляется при определении обратной ветви ВАХ диодов?
6.2 Вопросы для защиты отчета по лабораторной работе
· В чем заключается принцип действия p-n-перехода и особенности физических процессов в нем при различных смещениях?

· Какова причина возникновения обратного тока p-n-перехода и диода на его основе?

· Чем различаются ВАХ германиевого и кремниевого диодов и почему?

· Чем можно объяснить различия ВАХ идеализированного и реального диодов?

· Как и почему изменяются характеристические сопротивления диодов?

· Каковы области применения диодов и технологии их изготовления?

· В чем заключаются методики проведения экспериментальной и расчетной частей лабораторной работы?

· Какими параметрами характеризуются выпрямительные диоды?

· Как диоды маркируются и обозначаются в схемах электрических цепей?

· Каковы схемы замещения диодов?
7 Приложение

Справочные данные диодов

2Д213А, 2Д213Б, 2Д213В, 2Д213Г, КД213А, КД213Б, КД213В, КД213Г
Диоды кремниевые диффузионные. Предназначены для преобра­зования переменного напряжения повышенной частоты в постоянное.



Выпускаются в метало - пластмассовом корпусе с гиб­кими выводами. Тип диода и схема соединения электродов с выводами приводятся на корпу­се. Отрицательный электрод со­единен с металлическим ос­нованием корпуса.

Масса диода не более 4 г.

Электрические параметры

Постоянное прямое напряжение при I_пр = 10 А, не более:

при 298 К 2Д213А, 2Д213В, КД213А, КД213В 1В

2Д213Б, 2Д213Г, КД213Б, КД213Г 1,2 В

при I_пр = 5 А для 2Д213Б, 2Д213Г 1,0 В

при 213 К

2Д213А, 2Д213В 1,5В

2Д213Б, 2Д213Г 1,7 B

При 398 К (I_пр = 3 А для 2Д213А, 2Д213В и _пр = 1 А для 2Д213Б, 2Д213Г) 1В

Постоянный обратный ток при U_обр = U_{обр.макс}, более:

от 213 до 298 К 0,2 мА

при 398 К

2Д213А, 2Д213В . 10 мА

2Д213Б, 2Д213Г . . . 25.мА

Время восстановления обратного сопротивления при I_пр.и = 1 А, U_обр = 20 В, не более:

2Д213А, 2Д213В, КД213А, КД213В ...... 300 нc

2Д213Б, 2Д213Г, КД213Б, КД213Г 170 нc

Емкость диода, не более:

при U_o6p = 100 В 550 пФ

при U_обр = 5В 1600.пФ

Предельные эксплуатационные данные

Постоянное и импульсное обратное напряжение:

2Д213А, 2Д213Б, КД213А, КД213Б 200 В

2Д213В, 2Д213Г, КД213В, КД213Г 100В

Постоянный и средний прямой ток:

от 213 до 358 К 10 А

при 398 К

2Д213А, 2Д213В - 3А

2Д213Б, 2Д213Г 1 А

Импульсный прямой ток при < 10 мс, Q = 1000 100 А

Импульсный обратный ток при температуре корпуса от 213 до 358 К

при 20 мкс 10 А

Частота без снижения режимов в меандре с > 0,2 мкс

при работе на активную нагрузку 100 кГц

Тепловое сопротивление:

переход — корпус 1,5 К/Вт

переход — среда 70 К/Вт

Температура окружающей среды:

2Д213А, 2Д213Б, 2Д213В, 2Д213Г От 213 до 398 К

КД213А,. КД213Б, КД213В, КД213Г От 213 до 358 К

Температура перехода: _:

2Д213А, 2Д213В 413 К

2Д213Б, 2Д213Г 403 К

Примечание. Изгиб выводов допускается только в направ­лении, перпендикулярном плоскости диода, на расстоянии не менее 3 мм от корпуса.



Зависимость прямого тока от напряжения.


Зависимость обратного тока от на­пряжения


Д311, Д311А, Д311Б

Диоды германиевые мезадиффузионные.

Выпускаются в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. Тип диода и схема соединения электродов с выводами приводятся на корпусе.

Масса диода не более 0,6 г.



Электрические параметры

Постоянное прямое напряжение при I_пр = 10 мА, не более

Д311, Д311А при 298 и 343 К 0,4В

Д311Б при 298 К 0,5 В

Д311, Д311А при 213 К 0,7В

Импульсное прямое напряжение при I_пр.и = 50 мА, не более:

Д311 1,25 В

Д311 1,0 В

Д311. 1,5 В

Постоянный обратный ток при U_06р = 30 В, не более:

Д311, Д311А при 213 и 298 К и Д311Б при 298 К 100 мкА

Д311, Д311А при 343 К 1000 мкА

Общая емкость диода при U = 5 В, не более:

Д311 1,5 пФ

Д311А 3,0 пФ

Д311Б 2,0 пФ

Время восстановления обратного сопротивления при I_пр.и = 50 мА,

U_обр.и = 10 В, I_отсч = 1 мА, не более. 0,05 мкс



Зависимость прямого тока от напряжения
Предельные эксплуатационные данные

Постоянное или импульсное обратное напряжение Д311, Д311А при температуре от 213 до 343 К и Д311Б при температуре от 233 до 333 К 30 В

Постоянный или средний прямой ток при температуре от 233 до 308 К: ,

Д311 40 мА

Д311А 80 мА

Д311Б при температуре от 233 до 333К и Д311, Д311А при 343 К 20 мА

Импульсный прямой ток при < 10 мкс (без превышения среднего прямого тока) при температуре от 213 до 308 К:

Д311 500 мА

Д311А . 600 мА

Д311Б при температуре от 233 до 293 К и Д311 при 343 К 250 мА

Д311А при 343 К . 300 мА

Д311 при 333 К 200 мА

Температура окружающей среды:

Д311, Д311А От 213 до 343 К

Д311Б От 233 до 333 К

Температура перехода для Д311 и Д311А 348 К



Зависимость обратного тока от напряжения.


Зависимость обратного тока от напряжения.


Зависимость обратного тока от напряжения
ЛИТЕРАТУРА
1 Электронные приборы: Учебник для вузов/В.Н.Дулин, Н.А.Аваев, В.П.Демин и др. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - С.12-82, с.97-113.
2 Жеребцов И.П. Основы электроники. - Л.: Энергоатомиздат, 1989. - С.19-50.
3 Овечкин Ю.А. Полупроводниковые приборы. - М.: Высшая школа, 1986. - С.8-48.
4 Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. П/р Н. Н. Горюнова. Справочник. М.: Энергоатомиздат 1982.