Алматинский институт энергетики и связи

Кафедра Электроники

 

 

ЭЛЕКТРОНИКА И СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ 1 (ЭИСАУ 1)

Методические указания к выполнению лабораторных работ для

студентов специальностей направления 5В0719 – Радиоэлектроника и телекоммуникации

 

Алматы 2010

 

СОСТАВИТЕЛЬ:   Б.Б. Ордабаев, Электроника и схемотехника аналоговых устройств 1. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов, обучающихся специальностям направления 5В0719 – Радиоэлектроника и телекоммуникации. Алматы:  АИЭС,  2010,   - 24 с. 

          В методических указаниях рассматриваются 6 лабораторных работ по курсу «Электроника и схемотехника аналоговых устройств 1». Приводятся краткие содержания лабораторных работ по изучению принципов действия основных электронных компонентов, особенностей и методики снятия основных характеристик. Приведены рабочие и расчетные задания, а также перечень контрольных вопросов.

           Методические указания предназначены для студентов, обучающихся специальностям направления 5В0719 – Радиоэлектроника и телекоммуникации.

 

Введение 

             Настоящие методические указания к лабораторному практикуму предназначены для студентов, изучающих курс «Электроника и схемотехника аналоговых устройств  1». Лабораторные работы выполняются на стендах фирмы «DEGEM sistems». Основными целями данного цикла лабораторных работ являются:

             - закрепить теоретические знания, полученные студентами при изучении материала учебников и лекционного материала;

             - выработать умение определять параметры активных компонентов схем в дискретном исполнении и разрабатывать на их базе электронные схемы, проводить анализ электронных схем, в том числе с помощью машинных программ на ЭВМ; с помощью анализа и экспериментальных исследований оптимизировать схемы путем варьирования параметров компонентов и повторных расчетов.

              В процессе подготовки к лабораторному практикуму каждый студент должен: изучить соответствующие разделы конспекта лекций и рекомендованной литературы, по необходимости выполнить расчеты компонентов схемы по исходным данным.

             Отчет должен содержать:

             •  цель и задание работы;

             •  справочные данные исследуемых приборов;

             •  результаты проделанной работы (экспериментальные данные, расчеты, графики и др.);

             •  выводы по работе;

             •  список использованной литературы.

             Отчет оформляется по ФС РК 10352 – 1910 - У - е - 001 - 2002. Работы учебные. Общие требования к построению, изложению, оформлению и содержанию должны соответствовать этому стандарту.

 

1 Лабораторная работа.  Исследование характеристик и высокочастотных   свойств диода

 

Цель работы:

- снятие и анализ вольтамперных характеристик (ВАХ) прямого и обратного включения полупроводникового диода;

- исследование и анализ явления накопления неравновесных носителей в области базы.

 

1.1    Рабочее задание

1.1.1  Собрать схему  для снятия характеристики прямого включения полупроводникового диода согласно рисунку 1.1.

1.1.2  Измерить сопротивление  R1.

1.1.3  Снять и построить ВАХ прямого включения диода.

1.1.4  Собрать  схему  для  снятия  характеристики  обратного включения полупроводникового диода согласно рисунку 1.2.

1.1.5  Снять и построить ВАХ обратного включения диода.

1.1.6  Исследовать  схему  однополупериодного  выпрямителя  и проанализировать явление накопления неравновесных носителей в области базы;

 

1.2    Методические указания к выполнению работы

1.2.1  Вставьте печатную плату ЕВ – 111 в стенд PU 2000 от DEGEM system.

1.2.1  Измерьте омметром сопротивление резистора R1.

1.2.3  Соберите схему, показанную на рисунке 1.1.

             1.2.4 Повышая напряжение источника питания  PS-1  от нуля до максимального значения, записывайте значения тока Iд с интервалом  5 мА. Измеряйте значения напряжения Uд на диоде. Данные занесите в таблицу 1.1

 

                                                                                Таблица 1.1

Iд, мА

прям.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Uд, В

прям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2.5  Соберите схему, показанную на рисунке  1.2.

1.2.6 Повышая напряжение источника питания  PS-2  от нуля до максимального значения с интервалом  1 В, записывайте значения тока. Данные занесите в таблицу 1.2. По полученным данным постройте характеристику обратного включения полупроводникового диода.

                     

Рисунок  1.1 – Схема для                    Рисунок  1.2 – Схема для            

снятия ВАХ прямого                           снятия ВАХ обратного

включения диода                                 включения диода

 

                                                                                                 Таблица 1.2

Uд, В

обр.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Iд, µА

обр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2.7  Соберите схему, показанную на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 – Схема для исследования однополупериодного выпрямителя  и         явления накопления    неравновесных  носителей в базе диода

 

             1.2.8  Измерьте сопротивление резистора R3.

1.2.9 На вход  Vin   подайте синусоидальное напряжение от функционального генератора, размещенного на стенде  PU – 2000, либо от отдельного генератора. Ток через диод будет протекать во время положительной полуволны входного напряжения, а на R3  при этом будет напряжение, пропорциональное току через диод и резистор. Входное напряжение и выходное напряжение (на резисторе R3) измеряйте и зарисовывайте с помощью 2-х канального осциллографа. Исследование проводите на частотах  1 кГц,  10 кГц  и  100 кГц. 

1.2.9  На вход  Vin   подайте прямоугольное напряжение (меандр)  тех же частот: 1 кГц,  10 кГц и 100 кГц  с амплитудой  6В. При частоте 100кГц   проведите измерения времени рассасывания  tрасс и времени спада  tсп   (см. рисунок  1.4)  и рассчитайте  амплитуды прямого и обратного токов с помощью закона Ома.

                       

Рисунок 1.4 – Временная диаграмма прямого и обратного токов диода

 

1.2.10 Амплитуду входного напряжения уменьшите до 1В и проделайте измерения тех же величин.

 

1.3 Расчетное задание

1.3.1 По данным из таблицы 1.1 построить прямую ветвь ВАХ диода и вычислить графическим путем дифференциальное сопротивление на восходящем участке характеристики.

1.3.2 По данным из таблицы 1.2 построить обратную ветвь ВАХ диода и вычислить графическим путем дифференциальное сопротивление.

1.3.3 Построить график зависимости времени восстановления диода от величины прямого тока. Проанализируйте зависимость времён рассасывания  tрасс  и спада  tсп  от значения прямого тока диода.

 

1.4   Контрольные вопросы

1.4.1  Чем объясняется вентильное свойство  р-n перехода?

1.4.2  Что такое прямое и обратное включение диода?

1.4.3  Как зависит ВАХ диода от температуры?

1.4.4  Как зависит ширина  р-n перехода от приложенного напряжения?

          1.4.5.  Каковы основные параметры диода?

1.4.6   В каких схемах используются диоды?

          1.4.7. Показать на характеристиках диода, что такое статическое  и дифференциальное сопротивления.

          1.4.8 Как выглядит ВАХ двух последовательно соединённых одинаковых диодов?

          1.4.9   Как выглядит ВАХ двух параллельно соединённых одинаковых диодов?

 

2 Лабораторная работа.  Исследование характеристики стабилитрона и простейшего стабилизатора напряжения

 

Цель работы:

-  снятие и анализ вольтамперной характеристики стабилитрона;

-  исследование схемы простейшего параметрического стабилизатора напряжения.

 

2.1 Рабочее задание

 

2.1.1 Снять и построить ВАХ стабилитрона (при отключенной нагрузке).

2.1.2  Исследовать  схему  параметрического  стабилизатора напряжения и построить ВАХ при различных сопротивлениях нагрузки.

2.1.3  Рассчитать коэффициенты стабилизации при различных сопротивлениях нагрузки.

 

2.2       Методические указания к выполнению работы

2.2.1  Соберите схему, показанную на рисунке 2.1.

 

                        Рисунок 2.1 –  Схема для снятия   ВАХ  стабилитрона

 

             2.2.2  Измерьте сопротивление резистора R6.

2.2.3 Повышая напряжение источника питания  PS-1  от нуля до максимального значения, записывайте значения тока стабилитрона  Iст. и напряжения на стабилитроне Uст , измеряйте и входное напряжение схемы (напряжение источника PS-1). Данные занесите в таблицу 2.1. и по полученным данным постройте ВАХ стабилитрона и нагрузочную линию для сопротивления R6. Укажите на графиках значения напряжений на резисторе R6  и на стабилитроне. 

2.2.4  Измерьте и установите максимальное значение сопротивления нагрузки  (R7 +  Rv2).

2.2.5  Соберите схему, показанную на рисунке  2.2.

  

                                                                                                                     

                                                                                                   Таблица 2.1

Iст. , mА

 

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Uст., В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uист., В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

            

 

Рисунок 2.2 –  Схема для исследования стабилизатора напряжения

 

2.2.6   Повышая напряжение источника питания  PS-1  от 1В до

максимального значения с интервалом 1В измеряйте ток источника PS-1  Iист и напряжение на нагрузке  Uст, измеряйте также и входное напряжение схемы Uвх (напряжение источника PS-1). Данные занесите в таблицу 2.2.

 

                                                                                                  Таблица 2.2

Uвх , В

1

2

3

4

11

Uст, В  при RН max

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uст,В при RН =600 Ом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uст,В  при RН =200 Ом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kст. , %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.7   Проделайте те же измерения при сопротивлениях нагрузки:

Rн = 600 Ом   и  200 Ом.

             2.2.8  По  полученным  данным  постройте  вольтамперные характеристики стабилитрона с подключенной нагрузкой.

            

             2.3 Расчётное задание

             2.3.1 По данным из таблицы 2.1 постройте ВАХ стабилитрона и нагрузочную линию для сопротивления R6. Укажите на графиках значения напряжений на резисторе R6  и на стабилитроне.                                                                                                                               

             2.3.2 Рассчитайте значения коэффициентов стабилизации при различных сопротивлениях нагрузки. Для этого проведите нагрузочные линии так, чтобы они пересекали середины восходящих участков ВАХ, построенных по данным из таблицы 2.2. Напряжение на стабилитроне, соответствующее точке пересечения, будет номинальным выходным напряжением стабилизатора  Uстном, а напряжение источника будет номинальным входным напряжением Uвхном. Дать приращение входного напряжения  ΔUвх = 2В  и провести ещё одну нагрузочную линию. С помощью ВАХ измерить соответствующее приращение напряжения стабилизации ΔUст.  Коэффициент стабилизации вычисляется  по формуле

                        Kст = (ΔUвх / Uвхном ) /(ΔUст / Uстном ).

Проанализировать зависимость значения коэффициента стабилизации от сопротивления нагрузки.

2.4   Контрольные вопросы

2.4.1 Какая ВАХ стабилитрона является рабочей: прямая или обратная?

          2.4.2  Какой участок  ВАХ стабилитрона является рабочим: пологий или крутой?

          2.4.3 Как включаются стабилитрон и нагрузка в простейшем стабилизаторе напряжения: параллельно или последовательно?

          2.4.4 Как строится ВАХ параллельного соединения стабилитрона и сопротивления нагрузки?

2.4.5  В чем смысл коэффициента стабилизации?

          2.4.6 Как связан коэффициент стабилизации с дифференциальным сопротивлением стабилитрона?

          2.4.7.  Как выглядит ВАХ двух последовательно соединённых

стабилитронов?

          2.4.8. Как выглядит ВАХ двух встречно-последовательно соединённых

стабилитронов?

          2.4.9.  Можно ли включать стабилитроны последовательно?

          2.4.10. Можно ли включать стабилитроны параллельно?

          2.4.11. В  каком  соотношении  должны  быть  токи  стабилитрона  и нагрузки?

          2.4.11. В  каком  соотношении  должны быть напряжения  источника  и напряжение стабилизации?

  

3 Лабораторная работа.  Исследование биполярного транзистора

 

Цель работы:

- снятие входных и выходных ВАХ биполярного транзистора;

- графическое определение  h- параметров транзистора.

 

3.1     Рабочее задание

3.1.1  Снять и построить входную характеристику транзистора

Iб = f(Uбэ) при коллекторном напряжении Uкэ= 0В.

3.1.2  Снять и построить входную характеристику транзистора

Iб = f(Uбэ) при коллекторном напряжении Uкэ= 5В.

3.1.3  Снять и построить входную характеристику транзистора

Iб = f(Uбэ) при коллекторном напряжении Uкэ= 10В.

3.1.4  Снять и построить семейство выходных характеристик транзистора Iк  =f(Uкэ)   при изменении базового тока от 0 до 100 мкА.

 

            3.2    Методические указания к выполнению работы

            3.2.1 Установить печатную плату ЕВ – 111, которая содержит схему на рисунке 2.1,  в стенд  PU 2000 от DEGEM system.

3.2.2  Измерить сопротивления резисторов   Rv1, R4,   R5.

3.2.3  Собрать схему  для снятия входной характеристики  Iб = f(Uбэ)   транзистора при напряжении на коллекторе  Uкэ= 0В (см. рисунок 3.1),

3.2.4  При помощи переменного резистора Rv1 изменять базовый ток  с интервалом 10 мкА, измеренные значения напряжения базы Uбэ занести в таблицу 3.1.

                   

 

Рисунок 3.1 –  Схема для снятия входной характеристики  биполярного транзистора при напряжении на коллекторе, равном нулю

 

                                                                                                       Таблица  3.1

Iб, µA

 

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Uбэ, В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                   

                                   3.2.5  Собрать схему  для снятия входных характеристик  Iб  =f(Uбэ) биполярного транзистора при фиксированных напряжениях на коллекторе Uкэ=5В  и  Uкэ=10В  (см. рисунок 3.2).

3.2.6 С помощью регулятора источника питания PS-1 установить коллекторное напряжение Uкэ=5В.

3.2.7 При помощи переменного резистора Rv1 изменять базовый ток, измеренные значения напряжения базы Uбэ заносить в таблицу 3.2.

3.2.8 С помощью регулятора источника питания PS-1 установить коллекторное напряжение Uкэ=10В.

3.2.9 При помощи переменного резистора Rv1 изменять базовый ток, измеренные значения напряжения базы Uбэ заносить в таблицу 3.2.

 

           

   Рисунок 3.2  –  Схема  для снятия входных характеристик  биполярного     транзистора при напряжениях на коллекторе 5В  и  10В

 

                                                                        Таблица  3.2

Iб, µA                     

 

10

30

50

70

100

130

Uбэ, В

   при

Uкэ=5В

 

 

 

 

 

 

Uбэ, В

   при

Uкэ=10В

 

 

 

 

 

 

 

           3.2.10  Собрать схему  для снятия выходной характеристики 

Iк  =f(Uкэ)   транзистора при  токе базы, равном нулю (см. рисунок 3.3).

           3.2.11 С помощью регулятора источника питания PS-1 изменять коллекторное напряжение от нуля до 9В с интервалом 1В, значения тока коллектора занести в таблицу 3.3.

          3.2.12  Собрать схему  для снятия выходных характеристик  Iк  =f(Uкэ)   транзистора при  фиксированных  токах базы  (см. рисунок 3.4).

          3.2.13  При помощи переменного резистора Rv1 установить базовый ток  20мкА, с помощью регулятора источника питания PS-1 изменять коллекторное напряжение от нуля до 9В с интервалом 1В, значения  тока коллектора занести в таблицу 3.3.

                        

Рисунок 3.3 – Схема  для снятия выходной характеристики  транзистора при

                      токе базы, равном нулю

 

          3.2.14   Снять характеристики Iк  =f(Uкэ)   при заданных токах базы.

               

   Рисунок 3.4 – Схема  для снятия семейства выходных характеристик       биполярного транзистора при заданных токах базы

 

Таблица  3.3

Iб, µA

 

Iк, mА

при

Uкэ=1В

Iк, mА

при

Uкэ=2В

Iк, mА

при

Uкэ=3В

Iк, mА

при

Uкэ=4В

Iк, mА

при

Uкэ=5В

Iк, mА

при

Uкэ=6В

Iк, mА

при

Uкэ=7В

Iк, mА

при

Uкэ=8В

Iк, mА

при

Uкэ=9В

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3  Расчетное задание

            3.3.1 Построить на одном графике, как показано на рисунке 3.5, входные характеристики транзистора Iб = f(Uбэ) при фиксированных напряжениях на коллекторе: Uкэ= 0В, Uкэ= 5В и Uкэ= 10В (по данным из таблиц 3.1. и 3.2). По характеристикам определить графическим способом параметры  h11  и  h12  для области,  расположенной  на середине восходящего участка,

h11 =  ΔUбэ / ΔIб  - входное дифференциальное сопротивление транзистора,

h12 = ΔUбэ / ΔUкэ = ΔUбэ1/(10В-5В)  - коэффициент внутренней обратной связи.

    

                 Рисунок 3.5.                                              Рисунок 3.6.

 

            3.3.2 Построить на одном графике семейство выходных характеристик транзистора Iк=f(Uкэ) при  фиксированных токах базы по данным из таблицы 3.3. По характеристикам определить графическим способом параметры  h21  и  h22  для области, расположенной приблизительно в середине семейства характеристик, как показано на рисунке 3.6

h22= ΔIк / ΔUкэ  - выходная дифференциальная проводимость транзистора,     

 h21 = ΔIк1/ ΔIб  = ΔIк1/( Iб111-Iб11) – коэффициент передачи тока базы.

3.4  Контрольные вопросы 

            3.4.1 Принцип действия биполярного транзистора, физические процессы  в   р-n  переходах  Э-Б  и  Б-К.

           3.4.2 Почему коллекторный ток слабо зависит от коллекторного напряжения?

           3.4.3  От чего коллекторный ток зависит сильно?

           3.4.4  Какая величина является входной в схеме ОБ?

           3.4.5  Какая величина является входной в схеме ОЭ?

           3.4.6  Изобразить входные характеристики транзистора по схеме ОБ.

           3.4.7  Изобразить выходные характеристики транзистора по схеме ОБ.

           3.4.8  Изобразить входные характеристики транзистора по схеме ОЭ.

           3.4.9  Изобразить выходные характеристики транзистора по схеме ОЭ.

           3.4.10 В чём достоинства системы  h-параметров транзистора как 4-х полюсника?

           3.4.11 Как определяют  графическим способом  h-параметры транзистора по характеристикам?

  

4 Лабораторная работа.   Исследование тиристора

 

Цель работы:

- снятие вольтамперных характеристик тиристора;

- определение параметров тиристора.

 

   4.1     Рабочее задание

             4.1.1  Снять и построить ВАХ тиристора Iа=f(Uак) при значениях управляющего тока  от 1 до 10мА

4.1.2 Измерить величину анодного тока удержания.

 

4.2    Методические указания к выполнению работы

            4.2.1 Установить печатную плату ЕВ – 112, которая содержит схему для исследования тиристора, в стенд  PU 2000 от DEGEM system.

4.2.1  Измерить сопротивления переменных резисторов   RV2 и   P1,  а также резисторов  R8, R9  и  R10.

4.2.2 Собрать схему для снятия вольтамперной характеристики  тиристора  Iа = f(Uак)  с нагрузкой в цепи анода (R8 + R9 + P1), показанную на рисунке 4.1.

4.2.3  Установить напряжение источника питания PS-1, равным 10В.

4.2.4 Установить максимальное значение переменного резистора RV2.

 

                                      

 

               Рисунок 4.1  –  Схема для снятия  В-А  характеристики тиристора

 

             4.2.5   Установить максимальное значение переменного резистора -потенциометра Р1.                                                                                      

                                    4.2.6  Постепенно повышать ток  управляющего электрода путём уменьшения сопротивление переменного резистора RV2. В момент включения тиристора вольтметр начнёт показывать падение сопротивления на нагрузке. Нужно зарегистрировать показания миллиамперметра в этот момент времени, т.е. включающий ток управляющего электрода Iуэ.

Таблица  4.1

Сопротивление

нагрузки, Ом

Rн1      

Rн2      

Rн3      

Включающий

ток, мА

 

 

 

Напряжение Uак

 

 

 

             4.2.7 Измерить напряжение между анодом и катодом тиристора  Uак, показания приборов занести в таблицу 4.1.

             4.2.8 После включения тиристора разомкните цепь управляющего электрода и убедитесь в том, что при этом тиристор остаётся в включённом состоянии. Для отключения тиристора нужно разомкнуть анодную цепь либо уменьшить напряжение источника PS-1.

             4.2.9 Изменяя в сторону уменьшения сопротивление нагрузки, получить несколько значений включающего тока управляющего электрода Iуэ   и  напряжения  Uак при различных значениях нагрузки.

4.2.10 Для измерения величины анодного тока удержания собрать схему, показанную на рисунке 4.2.

        

             Рисунок 4.2 – Схема для измерения тока удержания тиристора

 

4.2.11 Постепенно уменьшая напряжение источника питания PS-1 с помощью регулятора, нужно зарегистрировать показание миллиамперметра

перед моментом отключения тиристора. Оно будет равно току удержания тиристора  Iуд.   

             4.3.  Расчетное задание

             4.3.1 Построить ВАХ тиристора: провести 3 нагрузочные линии, соединяя точку 10В на оси напряжения с точками   ЕП /RН1;   ЕП /RН2;    ЕП /RН3 на оси тока. На нагрузочные линиях нанести точки  1, 2, 3, на расстояниях от оси тока соответственно   Uак1,  Uак2,   Uак3. Нанести точку с координатами Uак1Iуд. Соединить полученные точки и получить восходящую часть характеристики, нижнюю часть характеристики снять не представляется возможным и её нужно прочертить так, как показано на рисунке 4.3.

 

                             

                        Рисунок 4.3  –  Построение характеристики тиристора

4.4  Контрольные вопросы

            4.4.1 Принцип действия тиристора, физические процессы в четырёхслойной структуре с тремя  р-n  переходами.

           4.4.2. Изобразите вольтамперные характеристики тиристора при различных значениях управляющего тока.

           4.4.2 Почему тиристор не отключается при отключении тока управляющего электрода.?

           4.4.3  Каким образом можно прервать анодный ток тиристора?

           4.4.4  От чего зависит величина анодного  тока тиристора?

           4.4.5  Можно ли регулировать величину анодного тока изменением управляющего тока?

           4.4.6  Каким образом может включаться тиристор в цепь нагрузки?

           4.4.7  В каких устройствах используются тиристоры?

  

5 Лабораторная работа.  Исследование фототранзисторного оптрона

 

Цель работы:

- исследование сквозных и частотных характеристик оптрона

 

   5.1     Рабочее задание

             5.1.1  Снять вольтамперную характеристику фотодиода.

             5.1.2  Снять темновую характеристику фототранзистора.

             5.1.3  Снять сквозные характеристики оптрона.

5.1.4  Снять частотную характеристику оптрона.

 

             5.2  Методические указания по исследованию оптрона

             5.2.1 Установить печатную плату ЕВ – 113, которая содержит схему для исследования оптрона, в стенд  PU 2000 от DEGEM system.

             5.2.3. Измерить сопротивления   резисторов  R1, R2  и  R3.

 

                      

 

   Рисунок 5.1 – Схема для снятия вольтамперной характеристики  светодиода

 

5.2.3.  Собрать схему для снятия вольтамперной характеристики  светодиода Iсд = f(Uсд), показанную на рисунке 5.1. Повышая напряжение источника PS-1, снимать показания вольтметра и миллиамперметра, данные заносить в таблицу 5.1.

                                                                                            Таблица 5.1

UPS-1, В 

    1

3

5

7

9

11

Uсд, В 

 

 

 

 

 

 

Iсд, мА

 

 

 

 

 

 

     

  5.2.4. Собрать схему для снятия темновой коллекторной характеристики  фототранзистора Iк = f(Uкэ) при отсутствии тока светодиода, показанную на рисунке 5.2. Повышая напряжение источника PS-1 от 0 до 11В, снимать показания вольтметра и миллиамперметра, данные заносить в таблицу 5.2.                                                                                                     

                                                                                              Таблица 5.2

UPS-1 UPS-1, В 

    1

3

5

7

9

11

UPS-1 Uкэ, В

 

 

 

 

 

 

IкмА

 

 

 

 

 

 

                       

         Рисунок 5.2 – Схема для снятия темновой коллекторной характеристики фототранзистора

 

         5.2.5.  Собрать  схему,  показанную на  рисунке 5.3,  и  снять  семейство сквозных  характеристик  фототранзистора   Iк = f(Uкэ)  при  фиксированных

            

          Рисунок 5.3  –  Схема для снятия сквозных характеристик оптрона

 

значениях тока светодиода, данные заносить в таблицу  5.3.

                                                                                                              

                                                                                                               Таблица 5.3

Iсд,

mA

 

Iк, mА

при

Uкэ=1В

Iк, mА

при

Uкэ=2В

Iк, mА

при

Uкэ=3В

Iк, mА

при

Uкэ=4В

Iк, mА

при

Uкэ=5В

Iк, mА

при

Uкэ=6В

Iк, mА

при

Uкэ=7В

Iк, mА

при

Uкэ=8В

3

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

5.2.6 Собрать схему (см. рисунок 5.4) для исследования частотных характеристик оптрона.                      

    

        

          Рисунок 5.4 –  Схема для снятия частотной характеристики оптрона

 

         5.2.7  Подать от генератора сигнал треугольной формы на вход оптрона. Установить напряжение источника PS-1, равным 10В. Варьируя напряжение источника PS-2, выбрать такую рабочую точку на характеристике светодиода, при которой сигнал на коллекторе фототранзистора будет не искаженным по форме.

          5.2.8  Форму сигнала от генератора поменять на синусоидальную.                                                

Изменяя частоту генератора при постоянной величине входного сигнала, измерять величину сигнала на коллекторе фототранзистора, т.е. на выходе оптрона. Данные заносить в таблицу 5.4.

                                                                                         Таблица 5.4

f

10 Гц   

100 Гц

1 кГц

10 кГц

50 кГц

100 кГц

Uвых

 

 

 

 

 

 

 

           5.3.  Расчетное задание

           5.3.1 Построить ВАХ светодиода Iсд = f(Uсд)  по  данным  таблицы 5.1.

Провести нагрузочные линии для сопротивления R1 и найти величины токов

при различных напряжениях источника.

          5.3.2  Построить темновую характеристику фототранзистора Iк = f(Uкэ) по данным таблицы 5.2.        

         5.3.3   Построить семейство сквозных характеристик оптрона Iк = f(Uкэ) при различных токах светодиода по данным таблицы 5.3.

          5.3.4  Провести нагрузочные линии для коллекторных сопротивлений R2 и R3.

          5.3.5 Графическим способом определить коэффициент передачи оптрона   К =  ΔIк /ΔIсд .

          5.3.6    С  помощью  семейства  сквозных  характеристик  оптрона

Iк = f(Uкэ)     построить зависимости тока коллектора от тока фотодиода

Iк = f(Iсд)     при постоянных коллекторных напряжениях Uкэ=Const.

          5.3.7 Построить частотную характеристику оптрона по данным таблицы 5.4.

          5.4  Контрольные вопросы

          5.4.1 С какой целью для передачи электрического сигнала используется преобразование его в оптический сигнал и затем обратное преобразование оптического сигнала в электрический?

          5.4.2 Какие существуют способы электрической развязки цепей, кроме опто-электрической развязки?

          5.4.3 При каком включении светодиод излучает свет, прямом или обратном?

          5.4.4 С какой целью встречно-параллельно светодиоду включается обычный диод?

          5.4.5 Чем отличается фототранзистор от обычного транзистора?

          5.4.6 Чем в основном определяется величина коллекторного тока фототранзистора?

          5.4.7 С какой целью при передаче двухполярного аналогового сигнала на светодиод подаётся ток постоянного смещения?

          5.4.8 Чем объясняется завал частотной характеристики оптрона на высоких частотах;  свойствами светодиода или фототранзистора?

 

6 Лабораторная  работа.  Исследование   полевого   транзистора  с управляющим  р-n  переходом

 

Цель работы

- исследование вольтамперных характеристик и сопротивления канала полевого транзистора с управляющим  р-n  переходом.

 

   6.1     Рабочее задание:

             6.1.1  Снять семейство стоковых характеристик полевого транзистора.

             6.1.2  Снять  семейство  стоко-затворных  характеристик  полевого транзистора.

             6.1.3  Измерить сопротивление канала полевого транзистора.

 

            6.2  Методические указания по исследованию полевого ранзистора

            6.2.1  Установить печатную плату ЕВ – 112, которая содержит схему для исследования полевого тарнзистора, в стенд  PU 2000 от DEGEM system.

            6.2.3.  Измерить сопротивления   резисторов  R1, R2, R3, R4, RV1.

6.2.3.  Собрать схему для снятия стоковых характеристик  Iс = f(Uси), показанную на рисунке 6.1.

          

Рисунок 6.1 –  Схема для снятия характеристик полевого транзистора   

6.2.4 Устанавливая фиксированные напряжения на затворе Uзи,  снимать зависимости тока стока от напряжения на стоке  Iс = f(Uси.), изменяя напряжение источника  PS-1. Данные заносить в таблицу 6.1.

 

                                                                                                               Таблица 6.1

Uзи, В

Iс  при

Uси=0,1В

Iс  при

Uси=0,5В

Iс  при

Uси=1В

Iс  при

Uси=2В

Iс  при

Uси=5В

Iс  при

Uси=10В

0

 

 

 

 

 

 

-0,5

 

 

 

 

 

 

-1,0

 

 

 

 

 

 

-1,5

 

 

 

 

 

 

-2,0

 

 

 

 

 

 

 

6.2.5 Устанавливая фиксированные напряжения на стоке Uси,  снимать зависимости  тока  стока  от  напряжения  на   затворе   Iс = f(Uзи.),  изменяя напряжение источника  PS-2. Данные заносить в таблицу 6.2.                                                                                            

                                                                                            Таблица 6.2                   

 

Uси, в

Iс  при

Uзи =

=0 В

Iс  при

Uзи =

=-0,25В

Iс  при

Uзи =

=-0,5В

Iс  при

Uзи =

=-1В

Iс  при

Uзи =

=-2В

Iс  при

Uзи

отсечки.

0,5

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

6.2.6 Измерить напряжение Uзи отсечки, при котором прекращается стоковый ток.

          6.2.7 Собрать схему для измерения сопротивления канала исток-сток, показанную на рисунке 6.2.                                                                                          

          6.2.8 Установить напряжение источника PS-1, равным 10В, снимать показания вольтметров. Данные заносить в таблицу 6.3.

                                                                                                            Таблица 6.3

Uзи, В

0 В

-0,25В

-0,5В

-1В

-2В

Uзи

отсечки.

Uси

 

 

 

 

 

 

Rси

 

 

 

 

 

 

      

 

Рисунок 6.2 – Схема для измерения сопротивления канала исток-сток

 

          6.3.  Расчетное задание

          6.3.1 Построить семейство стоковых характеристик  Iс = f(Uси) по данным из таблицы 6.1. Провести нагрузочные линии для сопротивлений R1 и R2, оценить коэффициент усиления.

         6.3.2 Построить семейство стоко-затворных характеристик транзистора Iс = f(Uзи.)  по данным таблицы 6.2.  Измерить крутизну характеристики транзистора при различных напряжениях стока.      

         6.3.3  Вычислить сопротивления канала сток – исток при различных напряжениях на затворе по данным таблицы 6.3.

          6.4  Контрольные вопросы

          6.4.1  В чём коренное отличие полевых транзисторов от биполярных в смысле носителей электрического заряда?

          6.4.2  Чем управляется ток канала исток – сток в полевом транзисторе с управляющим p-n переходом?

          6.4.3 Какие происходят изменения в канале при подаче обратного напряжения на p-n переход затвор-исток?

          6.4.5  Что такое напряжение отсечки?

          6.4.6  Что такое крутизна стоко-затворной характеристики?

          6.4.6  Что такое  внутреннее сопротивление транзистора?

          6.4.7  Что такое  коэффициент усиления транзистора?

         6.4.8 Какие ещё существуют типы полевых транзисторов, кроме исследованного?

  6.4.9  Чем управляется ток канала исток – сток в полевом транзисторе с изолированным затвором?

 6.4.10 От чего и чем  изолирован затвор в полевом транзисторе с изолированным затвором?

6.4.11  В чём преимущества полевых транзисторов перед биполярными?

 

Список литературы

1.     Лачин В.И., Савёлов Н.С. Электроника: учеб. пособие –Ростов н/Д: Феникс, 2009.-703, (1) с.- (Высшее образование).

     2.Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для ВУЗов – М.: Радио и связь, 1996. – 786 с.

     3.  Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. – СПб.: Корона-принт, 2004. – 416 с.

 

Содержание 

Введение                                                                                                                 4

Лабораторная работа № 1 Исследование характеристик

и высокочастотных свойств диода                                                                       5

Лабораторная работа № 2 Исследование характеристики

стабилитрона и простейшего стабилизатора напряжения                                  7

Лабораторная работа № 3 Исследование биполярного транзистора            10

Лабораторная работа № 4 Исследование тиристора                                      14

Лабораторная работа № 5 Исследование фототранзисторного

оптрона                                                                                                                   17

Лабораторная работа № 6 Исследование полевого

транзистора с управляющим  р-п  переходом                                                     21

Список литературы                                                                                             24