Агеев М. Д. Эс-31 Лабы. Вологодский государственный университет

• Название: Вологодский государственный университет
• Дата: 09.04.2023
• Размер: 0.84 Mb.
• Имя файла: Агеев М. Д. Эс-31 Лабы.docx
• Тип: Документы; #1049232
• страница: 1 из 6

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Вологодский государственный университет»
Институтмашиностроенияэнергетикиитранспорта

(наименование института)

Кафедраэлектрооборудования

(наименование кафедры)

ЖУРНАЛПОЛАБОРАТОРНЫМРАБОТАМ №1

(наименование письменной работы)
Дисциплина: «Электроника»

13.03.02. код направления подготовки

_44.02_ код выпускающей кафедры

_01_ регистрационный номер по журналу

1 код формы обучения

Преподаватель	к.т.н.,доц.БулавинаТ.Г. (уч.степень,звание, должность. Ф.И.О)
Выполнил студент	Агеев М.Д. (Ф.И.О)
Группа, курс	5Б13ЭС-31,3курс
Дата сдачи
Дата защиты Оценка по защите	(подписьпреподавателя)

Вологда 2022 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. 
   ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ 5
   
   1. 
      Цель лабораторной работы 5
      
   2. 
      Оборудование и программное обеспечение 5
      
   3. 
      Краткие теоретические сведения 5
      
   4. 
      Ход выполнения лабораторной работы 9
      
      1. 
         Построение ВАХ диода в прямом включении 9
         
      2. 
         Построение ВАХ диода в обратном включении 11
         
      3. 
         Построение ВАХ стабилитрона 13
         
   5. 
      Выводы 14
      
2. 
   ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА 15
   
   1. 
      Цель лабораторной работы 15
      
   2. 
      Оборудование и программное обеспечение 15
      
   3. 
      Краткие теоретические сведения 15
      
   4. 
      Ход выполнения лабораторной работы 19
      
      1. 
         Исследование однополупериодного выпрямителя 19
         
      2. 
         Исследование двухполупериодного мостового выпрямителя 21
         
   5. 
      Выводы 23
      
3. 
   ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАНЗИСТОРА 24
   
   1. 
      Цель лабораторной работы 24
      
   2. 
      Оборудование и программное обеспечение 24
      
   3. 
      Краткие теоретические сведения 24
      
   4. 
      Ход выполнения лабораторной работы 28
      
      1. 
         Исследование биполярного транзистора 28
         
      2. 
         Исследование стоковых характеристик полевого транзистора MPF971 30
         
   5. 
      Выводы 31
      
4. 
   ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК УСИЛИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ 32
   
   1. 
      Цель лабораторной работы 32
      
   2. 
      Оборудование и программное обеспечение 32
      
   3. 
      Краткие теоретические сведения 32
      
   4. 
      Ход выполнения лабораторной работы 36
      
   5. 
      Выводы 39
      

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 41
ВВЕДЕНИЕ
Современное развитие электроники и широкое применение интегральных процессов и микросхем дало возможность в десятикратно уменьшить массы и размеры электронной аппаратуры, управляемой и контролируемой технологическими процессами многих отраслей промышленности, причем микросхемы и микропроцессоры используются в совокупности аппаратных и программных средств с преобразователями аналоговых сигналов, с унификацией информационных магистралей.

В современных электронных устройствах (дешифраторах, сумматорах, триггерах, регистрах, счетчиках и многих других) основным видом сигналов являются цифровые. Цифровые технологии относятся к самым динамичным направлениям развития и в значительной степени определяют общий технологический прогресс. Впрочем, и в XXI веке аналоговые элементы остаются популярными, а именно технологии цифровых технологий стимулируют развитие и выпуск цифровых микросхем, а также аналоговые и цифровые микросхемы.

Ускоренное развитие электроники, как области науки и техники вызывает потребность к ее познанию при подготовке специалистов многих направлений.

Целью прохождения данного лабораторного практикума является закрепление знаний о простейших структурных единицах электроники.

В процессе выполнения лабораторных работ будут обретены навыки чтения электронных схем, снятия различных характеристик, определения параметров компонентов.

1. 
   ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ
   

1. 
   Цель лабораторной работы
   

Целью работы является изучение принципа действия и характеристик полупроводниковых диодов, а также ознакомление с методикой снятия вольтамперных характеристик.

2. 
   Оборудование и программное обеспечение
   

Оборудование и программное обеспечение приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Оборудование и программное обеспечение

Программное обеспечение	Electronics Workbench, Microsoft Office 2021, Windows 10, MathCAD 15
Аппаратура	Ноутбук HP LAPTOP 15s-eq2xxx Процессор: Intel Core i5-6300F CPU 2.30 GHz ОЗУ: 8 ГБ

3. 
   Краткие теоретические сведения
   

Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом, имеющий два ввода. В диодах p-n-переход образуется двумя полупроводниками с различными типами проводимости.

На границе двух полупроводников (рисунок 1.1) [1] за счет явления диффузии электроны из n-области перемещаются в p-область. В полупроводнике в граничном слое остаются положительно заряженные ионы. Возникает пространственный заряд с напряженностью поля Е_ЗС.

Электрическое поле направлено от n-области к р-области. Это электрическое поле препятствует дальнейшему движению электронов в область р через переход. Сквозь запирающий слой могут двигаться только неосновные носители.

Внешнее напряжение U, приложенное к переходу, в зависимости от



Рисунок 1.1 – Возникновение запирающего слоя в p-n-переходе
полярности будет усиливать или ослаблять действие поля запирающего слоя Е_ЗС. Если «+» приложен к n-области, а «-» к р-области (т.е подключено обратное напряжение), то электрическое поле, создаваемое внешним источником питания, Е_ОБР, будет суммироваться с полем Е_ЗС запирающего слоя. При этом величина запирающего слоя возрастет, и еще меньшее количество основных носителей может преодолеть действие этого поля и перейти в соседнюю область (рисунок 1.2) [1].




Рисунок 1.2 – Обратное включение p-n-перехода
Через переход проходит небольшой обратный ток Iобр, обусловленный движением неосновных носителей.

Если внешнее напряжение приложить в прямом направлении, то внешнее электрическое поле (Епр) будет направлено навстречу полю запирающего слоя

(рисунок 1.3) [1]. В этом случае ширина запирающего слоя начнет уменьшаться и при напряжении внешнего источника, равного 0,3..0,5 В, запирающий слой полностью исчезает. Сопротивление перехода снижается и через него проходит значительный ток.




Рисунок 1.3 – Прямое включение p-n-перехода
Вольтамперная характеристика диода показана на рисунке 1.4 [1]. Для наглядности прямая и обратная ветви вольтамперной характеристики показаны в разных масштабах. При дальнейшем увеличении обратного напряжения, внешнее электрическое поле в запирающем слое становится настолько сильным, что способно вырвать электроны из валентной зоны в зону проводимости (эффект Зенера). Обратный ток резко возрастает за счет появившихся носителей и, если его не ограничивать, возникает тепловой пробой p-n перехода.




Рисунок 1.4 – Вольтамперная характеристика диода

Существуют кремниевые диоды–стабилитроны, у которых электрический пробой может наступить и при малых напряжениях (0,7..14В).

Эти диоды могут нормально работать на участке электрического пробоя р- перехода. Как видно из рисунка 1.5 [1], напряжение Uст мало изменяется при значительных изменениях тока через стабилитрон Iст. Это явление широко используется в устройствах, носящих название стабилизаторов напряжения.




Рисунок 1.5 – Вольтамперная характеристика диода
На рисунке 1.6 приведена принципиальная схема простейшего стабилизатора напряжения с использованием стабилитрона [1].




Рисунок 1.6 – Схема параметрического стабилизатора напряжения
Предположим, что входное напряжение Uвх, соответствующее току 12 мА (рисунок 6) [1], увеличилось. При этом возрастает ток Iвх и ток Iст. Но на

нагрузке Rн напряжение Uн и ток Iн практически не изменяется. При этом приращение напряжения ΔUвх падает на балластном сопротивлении Rб (формула 1.1) [1]:
ΔU_вх= ΔI_вх⋅ R_б, В, (1.1)

где ΔU_вх – приращение входного напряжения, В; ΔI_вх – приращение входного тока, мА;

R_б – балластное сопротивление, Ом.
Величина балластного сопротивления определяется из уравнения состояния электрической цепи (формула 1.2) [1]:
R = ^{Uвх - Uн} , Ом, (1.2)

^б I_ст + I_н

где U_вх – входное напряжение, В; U_н – напряжение на нагрузке, В; I_ст – ток стабилитрона, мА;

I_ст – ток нагрузки, мА.
Для большинства стабилитронов токи стабилизации лежат в пределах от

3. 
   до 30 мА [1]. Поэтому обычно средний ток через стабилитрон с учетом возможного изменения напряжения на входе выбирается порядка 12..15 мА.
   

4. 
   Ход выполнения лабораторной работы
   

1. 
   Построение ВАХ диода в прямом включении
   

В программе Electronics Workbench собрана схема, показанная на рисунке

1.7 [1]. Изменяя сопротивление потенциометра от 0 до 95%, были зафиксированы показания амперметра и вольтметра. Полученные результаты занесены в таблицу 1.1.