close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

aganovKazakov

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
ДИОДЫ
Методические указания
к выполнению лабораторных работ по курсу
«Электроника»
Составили: канд. техн. наук, доцент Ваганов М. А., ассистент Казаков В. И., канд. техн. наук, доцент Кравец Е. В.
Рецензент – канд. техн. наук, доцент Ю. В. Бакшеева
Методические указания содержат описание лабораторного стенда,
порядок выполнения, требования к отчету и контрольные вопросы к
лабораторным работам по дисциплине «Электроника» (раздел «Электронные приборы»),являющейся одной из фундаментальных дисциплин в подготовке бакалавров и специалистов радиотехнических специальностей.
Цикл лабораторных работ по курсу «Электроника» предназначен
для закрепления знаний теоретического курса, ознакомления с современными электронными приборами, а также для приобретения
студентами навыков научного исследования и работы с измерительной аппаратурой.
Подготовлены к публикации кафедрой конструирования и технологий электронных и лазерных средств Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения.
Публикуется в авторской редакции
Компьютерная верстка А. Н. Колешко
Подписано к печати 15.02.18. Формат 60×84 1/16.
Усл. печ. л. 2,96. Тираж 50 экз. Заказ № 65.
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67
© Санкт-Петербургский государственный
университет аэрокосмического
приборостроения, 2018
Предисловие
Цель предлагаемого цикла лабораторных работ заключается
в том, чтобы предоставить информацию об основных свойствах и
характеристиках полупроводниковых диодов, которые наиболее
часто требуются разработчикам радиоэлектронной аппаратуры.
Кратко описан принцип действия, конструкция и технология изготовления полупроводниковых диодов. Приводятся электрические
параметры диодов, методика их измерения, а также сведения об
эксплуатационных свойствах диодов и схем применения.
В основу предлагаемого цикла лабораторных работ по курсу
«Электроника» положен системный подход к освоению лекционного
материала, создающий общий фундамент, на базе которого возможна дальнейшая специализация студента в области электроники.
Кроме того, при исследовании характеристик полупроводниковых
диодов в лабораторных условиях студенты существенным образом
повышают навыки работы с современными цифровыми приборами.
Перед выполнением лабораторной работы студент должен повторить или усвоить самостоятельно теоретический материал по теме
работы, знать цель работы, основные свойства и характеристики
исследуемых полупроводниковых приборов.
До начала работы в лаборатории каждый студент должен ознакомиться с инструкцией по технике безопасности, о чем делается
отметка в специальном журнале.
Лабораторные работы выполняются бригадой из 2–3 студентов
на универсальных измерительных стендах. Монтаж электрической
схемы измерений производится с помощью комплекта соединительных проводов в соответствии со схемой, приведенной в инструкции
к лабораторной работе. Собранную схему необходимо предъявить
для проверки преподавателю или лаборанту и только с их разрешения включить питание стенда.
Проведение исследований осуществляется в соответствии с заданием и в указанной последовательности. Результаты измерений за3
носятся в протокол испытаний, который по окончанию исследований должен быть представлен для проверки преподавателю.
В процессе выполнения лабораторной работы возможно возникновение следующих опасных факторов: поражение электрическим
током и возникновение пожара вследствие того, что электропитание лабораторных установок осуществляется от электросети напряжением 220 В частотой 50 Гц.
С целью обеспечения безопасности при работе на лабораторных
установках следует руководствоваться ГОСТ 12.3.019–80 «Испытания и измерения электрические. Общие требования безопасности».
Конструкции лабораторных установок выполнены с учетом требований ОСТ 40.4–78 «Оборудование учебно-лабораторное. Общие
технические требования». В лабораторных установках применены
стандартные приборы, выпускаемые промышленностью с учетом
требований безопасности. Помещение, в котором находятся лабораторные установки, удовлетворяет требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004–76 и санитарным нормам СН-245–71.
При выполнении лабораторной работы запрещается:
– приступать к выполнению лабораторной работы без инструктажа по технике безопасности и разрешения преподавателя;
– включать силовые рубильники в лаборатории;
– самостоятельно ремонтировать лабораторный стенд и измерительные приборы;
– оставлять без наблюдения включенную лабораторную установку;
– изменять конфигурацию схемы при включенном питающем напряжении;
– загромождать рабочее место портфелями и другими предметами.
4
Описание стенда
Лабораторный стенд представляет изделие модульного настольного исполнения, состоящий из отдельных блоков, имеющих различное назначение. В каждой из работ студенту необходимо изучить назначение каждого блока, непосредственно используемого
в работе. Ниже приведены некоторые особенности работы блоков,
наиболее часто используемых при выполнении лабораторных работ.
Для сборки электрических цепей, а также включения измерительных приборов в цепь используются коммутационные провода
(черного и красного цвета), а для подключения осциллографа – специальный кабель с переходником на вход осциллографа.
Блок «Измерительные приборы» представляет собой набор из четырех приборов с цифровой индикацией (рис. 1), которые могут выполнять функцию либо амперметра, либо вольтметра.
Выбор функции «амперметр/вольтметр» осуществляется с помощью тумблера (3). В зависимости от выбранной функции подключение прибора в цепь осуществляется либо с помощью клемм
(U/«земля» – вольтметр), либо (I/«земля» – амперметр). Кроме того, имеется возможность изменения предела измерений прибора
(20, 500 и 200 В/мА) с помощью тумблера (2). Также, прибор может
работать в режиме измерения постоянного DC или переменного AC
тока (напряжения). Выбор этой опции осуществляется с помощью
тумблера (1). При измерении постоянного тока или напряжения
гнездо красного цвета соответствует полярности «плюс». Гнездо
черного цвета – полярности «минус».
Осциллограф АКИП-4119/1 позволяет производить сохранение осциллограмм в виде изображений на внешний USB-носитель.
Чтобы воспользоваться данной опцией, подключите внешний USBноситель в разъем и дождитесь оповещения на экране осциллографа об обнаружении устройства. Затем нажмите кнопку «PRINT» на
передней панели осциллографа. Дождитесь окончания процесса сохранения осциллограммы и появления оповещения «Сохранение
1
2
3
Рис. 1. Внешний вид измерительного прибора
5
Рис. 2. Пример сохраненной осциллограммы
данных выполнено». Осциллограмма автоматически сохранится
в папке «BMP» носителя в виде файла с именем AKIPХХХХ.bmp.
Пример осциллограммы показан на рис. 2.
Сохраненные осциллограммы допускается использовать при
подготовке отчета о лабораторной работе.
ВНИМАНИЕ! Авторы издания советуют заранее подготовить
печатный бланк протокола (в количестве 1 экземпляра на бригаду)
и принести в лабораторию для заполнения в день выполнения работы.
6
Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ И ДИОДА ШОТТКИ
1. Методические указания по подготовке к работе
Цель работы: изучение свойств выпрямительных диодов (германиевого и кремниевого), диода Шоттки, измерение их вольт-амперной
характеристики, определение основных параметров и ознакомление с применением диода в схеме однополупериодного выпрямителя [1–2].
1.1. Выпрямительный диод
Полупроводниковым диодом
анод
катод
называют
электропреобразоваp
n
тельный полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом, имеющий два вывода (электрода) анод
и катод. Выпрямительными назыIпр
вают диоды, предназначенные для
Iпр – направление прямого тока
выпрямления переменного тока.
Рис. 1.1.
Графическое изображение
Условное графическое изображевыпрямительного
диода
ние выпрямительного диода показано на рис. 1.1.
В зависимости от частоты выпрямляемого тока они делятся на
низкочастотные и высокочастотные.
В зависимости от мощности – на диоды малой мощности
(Iпр max≤ 0,3 А), средней мощности (0,3 А ≤ Iпр max ≤ 10 А) и большой
10 А < Iпр max. Как правило, диоды малой мощности изготавливают в пластмассовом корпусе с гибкими внешними выводами, диоды средней мощности – в металлостеклянном корпусе с жесткими
внешними выводами, а диоды большой мощности – в металлостеклянном или металлокерамическом корпусе, т. е. со стеклянным
или керамическим изолятором. Диоды малой мощности могут рассеивать выделяемую на них теплоту своим корпусом, для рассеивания теплоты диоды средней мощности располагают на радиаторах
охлаждения, для диодов большой мощности может потребоваться и
искусственное охлаждение.
7
Маркировка отечественных выпрямительных диодов состоит из
пяти элементов. Первый элемент (буква или цифра) указывает исходный полупроводниковый материал, из которого изготовлен диод: Г или 1 – германий, К или 2 – кремний, А или 3 –соединения
галлия, И или 4 –соединения индия. Второй элемент – буква, обозначающая подкласс диода: Д – выпрямительные, высокочастотные (универсальные) и импульсные диоды. Третий элемент – число,
определяющее назначение или электрические свойства диода: 1 –
выпрямительные со средним значением прямого тока Iпрср < 0,3 А;
2 – выпрямительные со средним значением прямого тока Iпрср> 0,3 А.
Четвертый элемент – двузначное число от 01 до 99, указывающее
порядковый номер разработки. Допускается использование трехзначных чисел от 101 до 999 при условии, что порядковый номер
разработки превышает число 99. Пятый – буква, классификацию
(разбраковку по параметрам) приборов, изготовленных по единой
технологии. Например, ГД107Б – германиевый диод, Iпр = 10 мА, номер разработки 07, группа Б; КД212А – кремниевый диод, Iп = 1 А,
номер разработки 12, группа А.
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) выпрямительного диода
представляет собой график зависимости тока во внешней цепи диода от значения и полярности напряжения, прикладываемого к нему. Эта зависимость может быть получена экспериментально или
рассчитана на основании уравнения вольт-амперной характеристики идеализированного p-n-перехода.

 U
=
I I0 exp 
 jT

 
 − 1 ,
 
(1.1)
где I0 – обратный ток насыщения; jТ – температурный потенциал,
jТ = 0,026 В при комнатной температуре (Т = 300 К); U – напряжение, прикладываемое к диоду.
В уравнение (1.1) напряжение U подставляется со знаком «плюс»
при включении диода в прямом направлении и со знаком «минус»
при включении диода в обратном направлении.
Теоретический график ВАХ выпрямительного диода, рассчитанный с помощью выражения (1.1), представлен на рис. 1.2, а. При
увеличении обратного напряжения Uобр обратный ток Iобр через переход стремится к предельному значению I0, которого достигает
при обратном напряжении примерно Uобр = 0,1…0,2 В. Следует отметить, что чем больше ширина запрещенной зоны полупроводни8
Iпр
ΔIпр
а б
Iпр 1
Х
ΔUпр
I0
Uобр
Uпор
Uпр1
Uпр
А
В
Iобр
Рис. 1.2. Вольт – амперные характеристики выпрямительного диода:
а – теоретическая ВАХ; б – экспериментальная ВАХ
ка и чем выше в нем концентрация примесей, тем меньше величина
I0.
Теоретический график (рис. 1.2, а) ВАХ выпрямительного диода
отличается от графика ВАХ, снятого экспериментально (рис. 1.2, б).
Отличие экспериментальной обратной ветви ВАХ диода от теоретической обусловлено наличием в реальном диоде не только диффузионного тока экстракции, но и дрейфового тока термогенерации, а
также возможностью пробоя p-n-перехода. Величина тока термогенерации определяется интенсивностью генерации пар «электрондырка» внутри p-n-перехода. Интенсивность термогенерации в свою
очередь определяется температурой и шириной запрещенной зоны
полупроводникового материала. Хотя термогенерация подвижных
носителей заряда происходит во всем объеме полупроводникового
кристалла, ток термогенерации образуют только те пары «электрондырка», которые рождаются внутри p-n-перехода, так как только
там есть электрическое поле. Подвижные заряды, рожденные за
пределами области объемного заряда, ток термогенерации не образуют. При увеличении обратного напряжения ширина p-n-перехода
возрастает и при той же интенсивности термогенерации большее
число электронов и дырок оказываются рожденными не за пределами, а внутри p-n-перехода. Поскольку ширина запирающего слоя
пропорциональна Uîáð , ток генерации будет расти при увеличении обратного напряжения по тому же закону. Поэтому на реальной характеристике при увеличении обратного напряжения до
определенного значения наблюдается небольшой рост обратного тока. Возрастанию обратного тока способствуют также ток утечки.
9
При некотором обратном напряжении наблюдается резкое
возрастание обратного тока. Это явление называют пробоем p-nперехода. Существуют три вида пробоя: туннельный, лавинный и
тепловой. Туннельный и лавинный пробои представляют собой разновидность электрического пробоя и связаны с увеличением напряженности электрического поля в переходе. Тепловой пробой определяется перегревом перехода. Для выпрямительных диодов наибольшее значение имеет тепловой пробой p-n-перехода, так как он
приводит к выходу диода из строя.
Тепловой пробой обусловлен значительным ростом количества
носителей зарядов в p-n-переходе за счет нарушения теплового режима. Подводимая к p-n-переходу мощность P = IобрUобр расходуется на его нагрев. Образующиеся при этом одноименные носители
заряда увеличивают обратный ток, что приводит к увеличению выделяемой мощности и дальнейшему разогреву перехода. При плохих условиях отвода тепла от кристалла процесс принимает лавинообразный характер и заканчивается разрушением кристалла, т. е.
выходом диода из строя. Увеличение числа носителей зарядов при
нагреве p-n-перехода приводит к уменьшению его сопротивления и
выделяемого на нем напряжения. Вследствие этого при тепловом
пробое на обратной ветви ВАХ появляется участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением (участок АВ на рис. 1.2).
Так как число носителей (а значит, и обратный ток, и выделяемая
в переходе мощность) резко (по экспоненциальному закону) увеличиваются с увеличением температуры, то для исключения теплового пробоя температура p-n-перехода должна быть меньше допустимой температуры перехода Tп max. В маломощных диодах для этого достаточно выполнить условие Uобр≤Uобр max. В мощных диодах
кроме этого может потребоваться искусственное охлаждение. Величина Uобр max является важнейшим параметром диода и приводится в соответствующих справочниках. С увеличением температуры
возрастает обратный ток диода, и ухудшаются условия отвода тепла, поэтому с увеличением температуры величина Uобр max заметно
уменьшается.
На прямой ветви ВАХ p-n-перехода отличия реальной характеристики от теоретической в основном обусловлены сопротивлением R1 электронной и дырочной областей за пределами запирающего
слоя. Если сопротивление запирающего слоя обозначить через Rзс,
то кристалл полупроводника с запирающим слоем можно представить в виде последовательного соединения резисторов Rзс и R1, как
показано на рис. 1.3.
10
Rзс
R1
U зс
Iпр R1
Iпр
U пр
Рис. 1.3. Упрощенная эквивалентная схема p-n-перехода
с распределенным сопротивлением полупроводника
При прохождении прямого тока Iпр на сопротивлении R1 падает
часть напряжения Uпр внешнего источника и на запирающем слое
действует напряжение Uзс = Uпр–IпрR1. В этом случае уравнение
ВАХ может быть записано в следующем неявном виде:
{
}
=
Iïð I0 exp (Uïð − Iïð R1 ) / jT  − 1 .
(1.2)
Поскольку Uзс<Uпр вольт-амперная характеристика диода, снятая экспериментально, идет ниже теоретической.
С увеличением прямого напряжения Uпр сопротивление запирающего слоя Rзс уменьшается вследствие инжекции в него основных
носителей заряда. При большом значении Uпр, сопротивлением запирающего слоя Rзс можно пренебречь и дальнейшее увеличение
прямого тока ограничивается распределенным сопротивлением
полупроводников p- и n-типа за пределами p-n-перехода. При этом
ВАХ диода переходит в прямую линию.
Свойства полупроводниковых диодов оценивают параметрами.
Различают общие параметры, которыми характеризуется любой
полупроводниковый диод, и специальные параметры, присущие
только отдельным диодам.
К общим параметрам относят: допустимую температуру перехода, допустимую мощность, рассеиваемую диодом, допустимые прямой ток и обратное напряжение.
Когда через диод проходит ток при заданном напряжении на
диоде выделяется мощность Pд = IU. Выделение этой мощности сопровождается нагреванием диода, что приводит к росту обратного
тока и увеличению вероятности возникновения теплового пробоя
p-n-перехода. Для исключения теплового пробоя температура p-nперехода должна быть меньше допустимой температуры перехода
Tп max. Как правило, эта температура для германиевых диодов составляет 70 °С, а для кремниевых – 125 °С. Выделяемая теплота рассеивается диодом в окружающую среду, имеющую температуру Tср.
11
Перепад температур между переходом и средой определяется
выражением
Tï − Òñð =
RT PÄ ,
где RТ – тепловое сопротивление, характеризующее условия отвода
теплоты от диода (конструкция корпуса, наличие радиатора и т. д.).
Величина RТ определяется экспериментально и приводится в справочниках.
При допустимой температуре перехода на диоде выделяется допустимая мощность:
Pä max =
Tï max − Òñð
RT
.
Режим диода необходимо выбирать из условия UI ≤ Pä max .
Температура диода зависит от прямого тока. Прямой ток, при котором температура p-n-перехода достигает значения Tп max, называют максимально-допустимым прямым током и обозначают Iпр max.
Важным параметром диода является допустимое обратное напряжение Uобр max, при котором не происходит пробоя p-n-перехода.
Обычно Uобр max ≤0,8Uпроб.
Также к основным параметрам диодов относятся прямое и обратное сопротивления диода (по постоянному току), определяемые
по его ВАХ с использованием следующих соотношений:
Rïð =
Uïð
Iïð
, Rîáð =
Uîáð
Iîáð
.
И прямое и обратное дифференциальное сопротивление диода(по
переменному току), которые определяются из следующих соотношений:
rïp =
∆Uïð
∆Iïð
, rîáð =
∆Uîáð
∆Iîáð
Характеристики и параметры выпрямительных диодов существенно зависят от полупроводникового материала, в первую очередь от ширины запрещенной зоны ∆W. На рис. 1.4 представлены
вольт-амперные характеристики германиевого (Ge) и кремниевого
(Si) выпрямительных диодов, имеющих одинаковую конструкцию
и предназначенных для работы в одном и том же диапазоне токов и
напряжений. Так как ширина запрещенной зоны у кремния боль12
Iпр
mA 50°С 20°С
200
Ge
Iпр
mA
200
Si
100
Uобр
2
1
B
Iобр
mA
50°С 20°С
100
0
2
0,2
Uпр
B
Uобр
B
2
1
Iобр
mA
0
0,5
0,01
Uпр
B
Рис. 1.4. Вольт-амперные характеристики германиевого (Ge)
и кремниевого (Si) выпрямительных диодов
ше, чем у германия, обратный ток кремниевых диодов значительно
(несколько порядков) меньше.
У германиевого диода на обратной ветви ВАХ имеется ярко выраженный участок насыщения, поскольку его обратный ток определяется током экстракции, который описывается уравнением (1.1).
Обратный ток кремниевого диода монотонно возрастает с увеличением Uобр, так как у кремниевых диодов ток экстракции весьма мал
и обратный ток определяется главным образом токами термогенерации и утечки.
При дальнейшем увеличении обратного напряжения в диодах
происходит пробой. Вследствие большого обратного тока у германиевых диодов наступает тепловой пробой, приводящий к разрушению кристалла. У кремниевых диодов из-за малого обратного тока вероятность теплового пробоя мала, и у них вначале возникает
электрический пробой, который может перейти в тепловой пробой
при слишком большом увеличении тока.
Прямой ток полупроводникового диода также зависит от ∆W, так
как увеличение ∆W приводит к увеличению потенциального барьера в переходе и, следовательно, к уменьшению прямого тока. Сравнение германиевых и кремниевых диодов легко провести с помощью формулы (1.1): вследствие меньшего значения I0 для кремниевого диода его прямой ток, равный току германиевого диода, достигается при большем значении прямого напряжения. Поэтому при
одних и тех же значениях Iпр, мощность, рассеиваемая германиевыми диодами, меньше чем кремниевыми. По этой же причине у германиевых диодов существенно меньше Uпор и ri пр.
На характеристики диодов существенное влияние оказывает
температура окружающей среды. С ростом температуры становит13
ся интенсивнее термогенерация носителей зарядов, что приводит
к увеличению как обратного, так и прямого тока диода, однако причины этого роста неодинаковы.
Обратный ток является током неосновных носителей зарядов, и
увеличение их концентрации в результате усиления термогенерации непосредственно ведет к росту обратного тока. Прямой ток является током основных носителей зарядов, концентрация которых
в рабочем диапазоне температур от температуры не зависит. Однако увеличение концентрации неосновных носителей зарядов при
повышении температуры приводит к уменьшению высоты потенциального барьера перехода, что и вызывает увеличение прямого
тока.
Для приближенной оценки можно считать, что с увеличением
температуры на 10°С обратный ток германиевых диодов возрастает в 2, а кремниевых – в 2,5 раза. Однако вследствие того, что при
комнатной температуре обратный ток у германиевого диода значительно больше, чем у кремниевого, абсолютное значение приращения обратного тока у германиевого диода с ростом температуры
оказывается в несколько раз больше, чем у кремниевого. Это приводит к увеличению потребляемой диодом мощности, его разогреву и
уменьшению напряжения теплового пробоя.
Пробой кремниевых диодов определяется процессами лавинного
умножения носителей зарядов при ионизации атомов кристаллической решетки. С повышением температуры увеличивается тепловое
рассеивание подвижных носителей зарядов и уменьшается длина
их свободного пробега. Для того чтобы электрон на меньшем пути
приобрел энергию, достаточную для ионизации, необходимо увеличение ускоряющего поля, что достигается при большем обратном
напряжении. Это объясняет увеличение пробивного напряжения
кремниевых диодов с ростом температуры.
Существуют различные виды полупроводниковых выпрямителей, отличающиеся количеством диодов, схемой их включения, типом
VD
сглаживающего фильтра. Простейшая схема для выпрямления переменного тока показана на рис. 1.5.
Rн
~e
Uн
Она включает в себя генератор переменной ЭДС е, диод VD и нагрузочный резистор Rн. Эта схема называРис. 1.5. Схема одноется однополупериодной схемой выполупериодного выпрямителя прямления.
14
б) uн(t)
a) u(t)
Um
U
0
T
0
t
2T
T
Uср
t
Рис. 1.6. Форма напряжений на входе (а)
и выходе (б) однополупериодного выпрямителя
Однополупериодный выпрямитель пропускает на выход только одну полуволну выпрямляемого напряжения, как показано на
рис. 1.6.
Полезной частью такого напряжения является его постоянная
составляющая Uср, которая представляет собой среднее значение
выпрямленного напряжения за период T:
Uñð=
T
1
⋅ uí (t)dt
T ∫
0
и обычно является исходной величиной при расчете выпрямителя.
Форма тока в нагрузке Iнm совпадает с формой выходного напряжения, а амплитуда определяется нагрузочным резистором Rн по
формуле:
Iím =
Uím
.
Rí
(1.3)
При отрицательной полуволне входного напряжения ток через
обратносмещенный диод практически отсутствует, поэтому и выходное напряжение равно нулю. Таким образом, выходное напряжение имеет положительную полярность и несинусоидальную форму.
Для оценки пульсаций на выходе выпрямителя вводится коэффициент пульсаций Kп, определяемый как отношение амплитуды
основной (первой) гармоники U к постоянной составляющей выпрямленного напряжения Uср, т. е.:
Kï =
U
.
Uñð
15
Коэффициент пульсаций однополупериодного выпрямителя обычно равен Kп = 1,57.
Однополупериодный выпрямитель обычно используется в тех случаях, когда нагрузкой являются цепи малой мощности, но высокого напряжения, например, высоковольтные цепи электронно-лучевых трубок. Основным недостатком однополупериодного выпрямителя, ограничивающим его широкое применение, является высокий уровень пульсаций на выходе.
1.2. Диод Шоттки
В современных полупроводниковых приборах помимо контактов с электронно-дырочным переходом применяются также контакты между металлом и полупроводником. Процессы в таких переходах зависят от так называемой работы выхода электронов, т. е.
от той энергии, которую должен затратить электрон, чтобы выйти
из металла или полупроводника. Чем меньше работа выхода, тем
больше электронов может выйти из данного тела.
Если в контакте металла с полупроводником n-типа работа выхода электронов из полупроводника меньше, чем работа выхода из
металла, то электроны будут переходить главным образом из полупроводника в металл и в приграничном слое полупроводника образуется область, обедненная основными носителями и поэтому имеющая большое сопротивление. Здесь создается сравнительно высокий потенциальный барьер, высота которого будет существенно изменяться в зависимости от полярности приложенного напряжения.
Подобные переходы в свое время исследовал немецкий ученый
В. Шоттки, и поэтому потенциальный барьер, возникающий в данном случае, называют барьером Шоттки, а диоды с этим барьером –
диодами Шоттки.
Условное графическое изображение диода Шоттки представлено
на рис. 1.7.
В обычных условиях прямой ток, образованный электронами
зоны проводимости, переходящими из полупроводника в металл,
имеет очень малую величину. Это является следствием недостатка элеканод
катод
тронов, энергия которых позволиp
n
ла бы им преодолеть данный барьер.
Для увеличения прямого тока необходимо
«разогреть» электроны в поРис. 1.7. Графическое
лупроводнике,
поднять их энергию.
изображение диода Шоттки
16
Такой разогрев может быть осуществлен с помощью электрического поля. Если подключить источник внешнего напряжения плюсом к металлу, а минусом к полупроводнику n-типа, то потенциальный барьер понизится и через переход начнет протекать прямой ток.
При противоположном подключении потенциальный барьер увеличивается, и ток оказывается весьма малым.
В диодах Шоттки (в металле, куда приходят электроны из полупроводника) отсутствуют процессы накопления и рассасывания зарядов неосновных носителей, характерные для электронно-дырочных
переходов. Поэтому диоды Шоттки обладают значительно более высоким быстродействием, нежели обычные диоды, так как накопление и рассасывание зарядов – процессы инерционные, т. е. требуют много времени, и они могут работать на частотах до десятков гигагерц (ГГц). У диода Шоттки может быть малый обратный ток и
малое прямое напряжение (при малых прямых токах) – около 0,5
В, что меньше, чем у кремниевых приборов. Максимально допустимый прямой ток может составлять десятки и сотни ампер, а максимально допустимое напряжение – сотни вольт.
Диоды Шоттки используются для выпрямления малых напряжений высокой частоты, в высокочастотных смесителях, в ключах и
коммутаторах, умножителях частоты и других быстродействующих импульсных цепях.
2. Порядок выполнения работы
2.1. Ход выполнения работы
1. Изучить теоретические основы по материалам лекций и перечню рекомендованной литературы.
2. Изучить раздел «Описание стенда».
3. Провести эксперимент и выполнить задания, заполнив соответствующие графы таблиц и зарисовав необходимые осциллограммы.
4. Составить отчет с построением необходимых графиков и выполнением расчетных заданий. Сделать выводы на основании выполненной лабораторной работы.
5. Подготовить отчет к защите.
В работе «Исследование выпрямительных диодов» будут использованы следующие блоки и приборы:
– блок «Источник питания»;
– блок «Измерительные приборы»;
17
– блок «Нелинейные и реактивные элементы»;
– блок «Диоды, резисторы, конденсаторы»;
– цифровой осциллограф АКИП-4119/1.
2.2. Измерение прямой ветви ВАХ кремниевого диода
1. Для измерения прямой ветви ВАХ кремниевого диода соберите схему, изображенную на рис. 1.8.
PV 1
V
+
VD1
E1
R3
1K
A
P A1
–
Рис. 1.8. Схема измерения прямой ветви ВАХ диода
В качестве источника питания используйте источник с регулировкой напряжения Е1 с цифровой индикацией на блоке «Источник питания». В качестве измерительных приборов – амперметра
РА1 и вольтметра РV1 используйте любые приборы блока «Измерительные приборы», предварительно установив тумблеры выбора типа измеряемой величины (ток или напряжение), режима измерения
(постоянный или переменный ток) и диапазона измерения в необходимые положения.
Резистор 1К выполняет роль делителя напряжения в схеме. С помощью регулировки величины сопротивления этого резистора осуществляется изменение величины напряжения на диоде.
Предъявите собранную цепь измерения для проверки преподавателю.
2. Включите питание источника E1, а также измерительных
приборов.
3. Установите значение напряжения источника питания цепи Е1
равное 12 В. Предел измерения вольтметра PV1 установите равным
20 В, а амперметра PA1 – 200 мА.
4. С помощью ручки регулировки сопротивления переменного
резистора 1К установите значение напряжения на диоде Uпр = 0 В.
Изменяя значение напряжения в диапазоне 0…0,5 В с шагом 0,1 В
18
и в диапазоне 0,5…0,8 В с шагом 0,05 В произведите измерения значений прямого тока, протекающего через диод. Результаты измерений занесите в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Исследование прямой ветви ВАХ кремниевого диода
Uпр, В
0
Iпр,мА
0
0,1
0,2
…
0,5
0,55
…
0,8
5. Выключить питание источника E1.
2.3. Измерение прямой ветвиВАХ германиевого диода
1. Для измерения прямой ветви ВАХ германиевого диода соберите схему, изображенную на рис. 1.9.
PV 1
+
V
VD4
E1
R3
1K
A
P А1
–
Рис. 1.9. Схема измерения прямой ветви ВАХ германиевого диода
Внимание! Германиевый диод VD4 расположен на блоке «Диоды,
резисторы, конденсаторы».
В качестве источника питания используйте источник с регулировкой напряжения Е1 с цифровой индикацией на блоке «Источник питания». В качестве измерительных приборов – амперметра
РА1 и вольтметра РV1 используйте любые приборы блока «Измерительные приборы», предварительно установив тумблеры выбора типа измеряемой величины (ток или напряжение), режима измерения
(постоянный или переменный ток) и диапазона измерения в необходимые положения.
Предъявите собранную цепь измерения для проверки преподавателю.
2. Включите питание источника E1, а также измерительных
приборов.
19
3. Установите значение напряжения источника питания цепи Е1
равное 12 В. Предел измерения вольтметра PV1 установите равным
20 В, а амперметра PA1 – 200 мА.
4. С помощью ручки регулировки сопротивления переменного резистора 1К установите значение напряжения на диоде Uпр = 0 В. Изменяя значение напряжения в диапазоне 0…0,35 В с шагом 0,05 В
произведите измерения значений прямого тока, протекающего через диод. Результаты измерений занесите в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Исследование прямой ветви ВАХ германиевого диода
Uпр, В
0
Iпр,мА
0
0,05
0,1
0,35
5. Выключить питание источника E1.
2.4. Измерение обратной ветви ВАХ германиевого диода
1. Для измерения обратной ветви ВАХ германиевого диода соберите схему, изображенную на рис. 1.10.
PV1
–
V
VD4
E1
R3
1K
A
P А1
+
Рис. 1.10. Схема измерения обратной ветви ВАХ германиевого диода
Внимание! Для того, чтобы собрать схему измерения обратной
ветви ВАХ германиевого диода необходимо изменить полярность
источника, т. е. поменять местами коммутационные кабели от источника питания E1.
Предъявите собранную схему для проверки преподавателю.
2. Включите питание источника E1 и установите значение напряжения на нем равное 12 В. Предел измерения амперметра PA1
установите равным 20 мА.
20
3. С помощью ручки регулировки сопротивления переменного
резистора R1 установите значение напряжения на диоде Uобр = 0 В.
Изменяя значение напряжения в диапазоне 0÷–8 В с интервалом
1 В произведите измерения значений обратного тока, протекающего
через диод. Результаты измерений занесите в табл. 1.3.
Таблица 1.3
Исследование обратной ветви ВАХ германиевого диода
Uобр, В
0
Iобр, мА
0
–1
–2
–3
–4
…
…
–8
4. Выключите питание источника E1.
2.5. Измерение прямой ветви ВАХ диода Шоттки
1. Для измерения прямой ветви ВАХ диода Шоттки соберите схему, изображенную на рис. 1.11.
PV 1
V
+
VD3
E1
R6
1K
A
P A1
–
Рис. 1.11. Схема измерения прямой ветви ВАХ диода Шоттки
Схема измерения прямой ветви ВАХ диода Шоттки идентична
пп. 2, 3. Однако в качестве диода Шоттки выступает диод VD3, а
в качестве нагрузочного резистора – R6.
Предъявите собранную цепь измерения для проверки преподавателю.
2. Включите питание источника E1 и установите значение напряжения на нем равное 12 В. Предел измерения амперметра PA1
установите равным 200 мА.
3. С помощью ручки регулировки сопротивления переменного
резистора 1К установите значение напряжения на диоде Шоттки
Uпр = 0 В. Изменяя значение напряжения в диапазоне 0…0,2 В с шагом 0,05 В и в диапазоне 0,2…0,35 В с шагом 0,01 В произведите из21
мерения значений прямого тока, протекающего через диод Шоттки.
Результаты измерений занесите в табл. 1.4.
Таблица 1.4
Исследование прямой ветви ВАХ диода Шоттки
Uпр, В
0
Iпр,мА
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,21
…
0,35
4. Выключите питание источника E1 и измерительных приборов.
Отключите коммутационные провода, соединяющие измерительные приборы со схемой.
2.6. Исследование однополупериодного выпрямителя
на полупроводниковом диоде
1. Соберите схему измерения, изображенную на рис. 1.12.
к осциллографу
E2
~12
R3
к ос цилл о граф у
к о сцил ло гр а ф у
VD 1
Рис. 1.12. Схема исследования однополупериодного выпрямителя
на полупроводниковом диоде
В качестве измерительного прибора в данном задании используется цифровой осциллограф АКИП-4119/1. Коммутация измерительной схемы и осциллографа осуществляется с помощью специального кабеля. Измерительные приборы – амперметр и вольтметр
в этом задании не используются.
Предъявите собранную схему для проверки преподавателю.
2. Включите питание источника E2 и осциллографа АКИП-4119/1.
3. Подключите осциллограф с помощью кабеля к свободным
клеммам источника Е2. Добейтесь устойчивой картины на осцил22
лографе с помощью регулировки вертикальной и горизонтальной
развертки, а также синхронизации (ручка «уровень»), либо воспользуйтесь функцией автоматической настройки осциллографа,
нажав клавишу «АВТ. УСТ.».
4. Зарисуйте в протокол осциллограмму выпрямляемого напряжения U. Масштаб по времени и напряжению определить по осциллографу. Сохраните осциллограмму напряжения на внешний USBноситель (см. раздел «Описание стенда»).
5. Подключите осциллограф параллельно резистору R3. Зарисуйте и осциллограмму напряжения на нагрузке Uн. Масштаб по
времени и напряжению определить по осциллографу. Сохраните осциллограмму напряжения на внешний USB-носитель.
6. Подключите осциллограф параллельно диоду VD1. Зарисуйте осциллограмму напряжения на диоде UVD. Масштаб по времени
и напряжению определить по осциллографу. Сохраните осциллограмму напряжения на внешний USB-носитель.
7. Выключите питание модулей стенда и осциллографа. Извлеките внешний USB-носитель из разъема осциллографа. Отключите
все коммутационные кабели и сдайте их преподавателю.
3. Обработка результатов измерений
1. По данным табл. 1.1–1.4 построить вольт-амперные характеристики (ВАХ) выпрямительных диодов и диода Шоттки.
ВАХ исследуемых диодов следует строить как зависимость тока,
протекающего через диод, от напряжения, приложенного к диоду.
Прямую и обратную ветвь ВАХ следует строить на одном графике
в I и III квадрантах соответственно, используя при этом разные масштабы.
2. Пользуясь ВАХ диодов, определить прямое и обратное (только для германиевого диода) дифференциальные сопротивления для
каждого диода. Приращения тока и прямого напряжения брать такими, чтобы не выйти за пределы линейного участка ВАХ.
3. По вольт-амперной характеристике кремниевого выпрямительного диода, определить сопротивление постоянному току Rпр
при прямом включении для напряжений Uпр = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5;
0,6; 0,7; 0,8 В. Построить график зависимости Rпр = f(Uпр).
4. На графике ВАХ германиевого диода, полученной экспериментально, построить прямую ветвь теоретической ВАХ германиевого диода, которая рассчитывается по формуле (1.1). Для расчета
прямой ветви теоретической ВАХ диода необходимо в формулу (1.1)
23
подставлять следующие значения постоянных и переменных величин:
I0 – обратный ток насыщения диода; (значение I0 определяется
пообратной ветви ВАХ германиевого диода, снятой при комнатнойтемпературе);
jт – температурный потенциал, равный 0,026 В при комнатной
температуре;
Uпр – прямое напряжение, прикладываемое к диоду; (значения
Uпр берутся в интервале от 0 до 0,35 В с шагом 0,05 В).
3.5 В отчете разместить осциллограммы измеренных напряжений:
– выпрямляемого напряжения U;
– напряжения Uн на резисторе R3 (R3 = 62 Ом);
– напряжения UVD на диоде VD1.
6. Определите амплитуду выпрямленного тока в цепи. В выводе
отразить причины формирования характерных осциллограмм на
диоде и на нагрузке.
4. Содержание отчета
Отчет должен содержать:
– Наименование и цель работы.
– Схемы измерений.
– Таблицы измеренных и расчетных данных.
– Графики ВАХ диодов.
– Рассчитанные значения дифференциальных сопротивлений исследованных диодов.
– Осциллограммы измеренных напряжений.
– Краткие выводы по результатам проделанной работы.
Контрольные вопросы
1) Объясните механизм образования p-n-перехода. Почему на p-nпереходе возникает контактная разность потенциалов, и от чего она
зависит?
2) Какие физические процессы вызывают прохождение через диод прямого и обратного токов?
3) Нарисуйте и объясните энергетическую диаграмму p-nперехода в отсутствие внешнего напряжения, при приложении напряжения в прямом и обратном направлении.
24
4) Объясните влияние температуры и концентрации примесей на
толщину p-n-перехода и величину контактной разности потенциалов.
5) Поясните причины отличий ВАХ реального полупроводникового диода от ВАХ p-n-перехода.
6) Чем отличаются ВАХ германиевого и кремниевого выпрямительных диодов и почему?
25
Лабораторная работа № 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО СТАБИЛИТРОНА
И СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
Цель работы: изучение свойств полупроводникового стабилитрона, измерение его вольт-амперной характеристики, определение
основных параметров и ознакомление с его применением в схеме
стабилизатора напряжения [1–2].
1. Методические указания по подготовке к работе
Полупроводниковыми стабилитронами называют диоды, предназначенные для стабилизации уровня напряжения в электрических схемах. Для этого используются полупроводниковые приборы, у которых на вольт-амперной характеристике имеется участок
со слабой зависимостью напряжения от проходящего тока. Такой
участок наблюдается на обратной ветви ВАХ кремниевого диода
в режиме электрического пробоя, связанного с увеличением напряженности электрического поля в p-n-переходе. При этом электрический пробой p-n-перехода делится на два вида: туннельный
и лавинный.
Туннельный пробой обусловp- слой
n- слой
лен прямым переходом электронов
из валентной зоны p-области в зону
проводимости n-области за счет тунjз
нельного эффекта, который имеет
квантовую природу, как показано на
рис. 2.1. Это становится возможным,
если напряженность электрическоТуннелирование
го поля в p-n-переходе из кремния
достигает значения 4·105 В/см, а из
германия – 2·105 В/см. Такая большая напряженность электрического
поля возможна при высокой концентрации примесей в p- и n-областях,
когда толщина p-n-перехода становится весьма малой. Под действием
Рис. 2.1. Энергетическая
сильного
электрического поля вадиаграмма, иллюстрирующая
лентные
электроны
вырываются из
туннельный пробой
26
связей, образуя парные заряды электрон – дырка, которые увеличивают обратный ток через p-n-переход.
В широких p-n-переходах, образованных полупроводниками
с меньшей концентрацией примесей, вероятность туннельного просачивания электронов уменьшается и более вероятным становится
лавинный пробой. Лавинный пробой возникает тогда, когда длина
свободного пробега электрона в полупроводнике значительно меньше толщины p-n-перехода. Если за время свободного пробега электроны накапливают кинетическую энергию, достаточную для ионизации атомов в p-n-переходе,
катод
анод
то наступает ударная ионизаn
p
ция атомов, сопровождающаяся лавинным размножением носителей зарядов. ОбразовавшиеРис. 2.2. Графическое
ся в результате ударной ионизаизображение стабилитрона
ции свободные носители зарядов
увеличивают обратный ток p-nперехода.
Iпр
В качестве полупроводниковых стабилитронов используются
плоскостные кремниевые диоды.
Условное графическое изобра∆uст
Uст
жение полупроводниковых стабилитронов показано на рис. 2.2.
Uпр
Uпроб
Маркировка отечественных стабилитронов состоит из пяти элеIст max
ментов, как и у выпрямительных
A
диодов, только вторым элементом
обозначения этих диодов является буква «С», например, КС196В –
Iст
кремниевый (К), стабилитрон
(С), мощность рассеяния не более
0,3 Вт (1), номинальное напряжение стабилизации 9,6 В (96), треB
Iст max
тья разработка (В).
Вольт-амперная
характериPmax
стика полупроводникового стабилитрона приведена на рис. 2.3.
Рис. 2.3. Вольт-амперная
характеристика
На характеристике точками А
полупроводникового
и В отмечены границы рабочего
стабилитрона
участка. Положение точки А со27
ответствует напряжению пробоя Uпроб p-n-перехода, которое зависит от удельного сопротивления исходного материала, определяемого концентрацией примесей. Точка В соответствует предельному
напряжению, в котором на стабилитроне рассеивается максимально допустимая мощность Pmax.
Стабилитроны характеризуются следующими специальными
параметрами.
Напряжение стабилизации Uст – напряжение на стабилитроне
при заданном токе. Оно зависит от ширины запрещающего слоя,
т. е. от концентрации примесей в полупроводниках. В случае большой концентрации примесей p-n-переход получается тонким и
в нем даже при малых напряжениях возникает электрическое поле,
вызывающее туннельный пробой. При малой концентрации примесей p-n-переход имеет значительную ширину и лавинный пробой
наступает раньше, чем напряженность электрического поля становится достаточной для туннельного пробоя. Таким образом, подбором удельного сопротивления кремния можно получить требуемое
напряжение стабилизации. Практически при напряжениях стабилизации ниже 6 В имеет место только туннельный пробой, а при напряжении выше 8 В – лавинный. В интервале между 6 и 8 В наблюдаются оба вида пробоя.
Минимально допустимый ток стабилизации Iст min – ток, при
котором пробой становится устойчивым и обеспечивается заданная
надежность работы.
Максимально допустимый ток стабилизации Iст max – ток, при
котором достигается максимально допустимая рассеиваемая мощность Pmax.
Дифференциальное сопротивление rст = dUст/dIст – отношение
приращения напряжения стабилизации к вызвавшему его приращению тока. Чем меньше rст, тем лучше стабилизация напряжения.
Температурный коэффициент стабилизации напряжения
(ТКН), определяемый отношением относительного изменения напряжения стабилизации (DUст/Uст) к абсолютному изменению температуры окружающей среды (DTокр) при постоянном токе стабилизации:
=
αUñò
∆Uñò
⋅100%.
Uñò ∆Tîêð
Для стабилизации низких напряжений (до 1В) используют прямую ветвь вольт – амперной характеристики диода при Uст > Uк.
28
В этом режиме также наблюдается слабая зависимость напряжения на диоде от проходящего через него тока. Такие полупроводниковые приборы называют стабисторами.
В основном стабилитроны применяются для стабилизации напряжения. Схема простейшего стабилизатора напряжения показана на рис. 2.4.
UR
R
+
I
E
Iст
Iн
Rн
Uст
–
Рис. 2.4. Схема простейшего стабилизатора напряжения
Стабилитрон присоединяют параллельно нагрузке Rн, а в общую
цепь включают ограничительный резистор R, являющийся функционально необходимым элементом.
Для схемы, показанной на рис. 2.4, справедливо уравнение
E= (Iñò + Ií )R + Uñò= (Iñò +
Uñò
) ⋅ R + Uñò . Rí
(2.1)
Выразив из уравнения (2.1) ток стабилизации Iст в явном виде,
получим
Iñò=
E R + Rí
−
Uñò . R
RRí
(2.2)
Проанализировать работу стабилизатора напряжения на стабилитроне удобнее всего графическим методом с помощью нагрузочных характеристик. На основании уравнения (2.2) может быть построена нагрузочная прямая, точка пересечения которой с ВАХ является рабочей точкой, как показано на рис. 2.5.
При изменении напряжения источника питания Е нагрузочная
прямая перемещается параллельно самой себе (рис. 2.5, а), а при изменении сопротивления нагрузки изменяется ее наклон (рис. 2.5, б).
При этом если рабочая точка не выходит за границы участка АВ, то
напряжение на нагрузке остается постоянным в некоторых пределах изменения напряжения питания и сопротивления самой нагрузки.
29
Iпр
а)
ERн
R+Rн
E′′>E′
ERн
R+Rн
Uст
Uст
Uпр
0
a A
R н′′>R н′
E′
б
B
Iпр
б)
E′′
Pmax
E/R
A
a
б
B
R′′
н
Uпр
0
Rн′
E/R
Pmax
Рис. 2.5. Вольт-амперная характеристика стабилитрона и линии
нагрузки: а – при изменении напряжения источника питания;
б – при изменении сопротивления нагрузки
С физической точки зрения принцип работы схемы, приведенной на рис. 2.5, объясняется следующим образом. В таком устройстве напряжение источника питания Е делится между стабилитроном и ограничительным резистором R. Напряжение на нагрузке равно напряжению на стабилитроне Uст, а напряжение на резисторе UR по закону Ома определяется током, протекающим через
этот резистор. При увеличении напряжения Е общий ток I в цепи
увеличивается, увеличивается и UR = IR, а напряжение на стабилитроне практически не изменяется, так как в пределах рабочего
участка АВ характеристики напряжение стабилитрона почти не
зависит от протекающего тока. В результате приращение напряжения ∆E почти целиком падает не резисторе R, а напряжение на
нагрузке изменяется мало. При уменьшении напряжения источника питания на величину ∆E общий ток в цепи уменьшается, что
приводит к уменьшению тока, проходящего через стабилитрон.
Если это уменьшение не вышло из пределов стабилизации, в этом
случае при сохранении постоянного напряжения на нагрузке напряжение на резисторе R уменьшится на величину ∆E. Таким образом, наличие ограничительного резистора в рассмотренной простейшей схеме стабилизатора напряжения является принципиально необходимым.
Изменение сопротивления нагрузки при неизменном напряжении источника питания не приведет к изменению напряжения на
ограничительном резисторе R, а вызовет изменение тока, проходящего через стабилитрон.
30
2. Порядок выполнения работы
2.1. Ход выполнения работы
1. Изучить теоретические основы по материалам лекций и перечню рекомендованной литературы.
2. Изучить раздел «Описание стенда».
3. Провести эксперимент и выполнить задания, заполнив соответствующие графы таблиц и зарисовав необходимые осциллограммы.
4. Составить отчет с построением необходимых графиков и выполнением расчетов. Сделать выводы на основании выполненной
лабораторной работы.
5. Подготовить отчет к защите.
В работе «Исследование выпрямительных диодов» будут использованы следующие блоки и приборы:
– блок «Источник питания»;
– блок «Измерительные приборы»;
– блок «Нелинейные и реактивные элементы»;
– блок «Диоды, резисторы, конденсаторы»;
2.2. Измерение прямой ветви ВАХ стабилитрона
1. Для измерения прямой ветви ВАХ стабилитрона соберите схему, изображенную на рис. 2.6.
PV 1
V
+
VD2
E1
R4
1K
A
PA1
–
Рис. 2.6. Схема измерения прямой ветви ВАХ стабилитрона
В качестве источника питания используйте источник с регулировкой напряжения Е1 с цифровой индикацией на блоке «Источник питания». В качестве измерительных приборов – амперметра
РА1 и вольтметра РV1 используйте любые приборы блока «Измерительные приборы», предварительно установив тумблеры выбора типа измеряемой величины (ток или напряжение), режима измерения
31
(постоянный или переменный ток) и диапазона измерения в необходимые положения.
Резистор 1К выполняет роль делителя напряжения в схеме. С помощью регулировки величины сопротивления этого резистора осуществляется изменение величины напряжения на стабилитроне.
Предъявите собранную цепь измерения для проверки преподавателю.
2. Включите питание источника E1, а также измерительных
приборов.
3. Установите значение напряжения источника питания цепи Е1
равной 12 В. Предел измерения амперметра PA1 установите равным
200 мА.
4. С помощью ручки регулировки сопротивления переменного
резистора 1К установите значение напряжения на стабилитроне
Uпр = 0 В. Изменяя значение напряжения в диапазоне 0…0,5 В с шагом 0,1 В и в диапазоне 0,5…0,75 В с шагом 0,05 В произведите измерения значений прямого тока, протекающего через стабилитрон.
Результаты измерений занесите в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Исследование прямой ветви ВАХ стабилитрона
Uпр, В
0
Iпр,мА
0
0,1
0,2
…
0,5
0,55
…
0,8
5. Выключить питание источника E1.
2.3. Измерение обратной ветви ВАХ стабилитрона
1. Для измерения обратной ветви ВАХ стабилитрона соберите
схему, изображенную на рис. 2.7.
PV 1
–
V
VD 2
E1
ЗЗ
1K
A
PA1
+
Рис. 2.7. Схема измерения обратной ветви ВАХ диода
32
Внимание! Для того, чтобы собрать схему измерения обратной
ветви ВАХ стабилитрона необходимо изменить полярность источника, т. е. поменять местами коммутационные кабели от источника питания E1. Кроме того, в качестве нагрузки используется резистор с номиналом 33 Ом блока «Диоды, резисторы, конденсаторы».
Предъявите собранную схему для проверки преподавателю.
2. Включите питание источника E1 и установите значение напряжения на нем равное 12 В. Предел измерения амперметра PA1
установите равным 20 мА.
3. С помощью ручки регулировки сопротивления переменного
резистора 1К установите значение напряжения на диоде Uобр = 0 В.
Изменяя значение напряжения в диапазоне 0÷–5 В с интервалом
1 В, а в диапазоне –5÷–7,8 В с интервалом 0,1 В, произведите измерения значений обратного тока, протекающего через стабилитрон.
Результаты измерений занесите в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Исследование обратной ветви ВАХ стабилитрона
Uобр, В
0
–1
–2
…
–5
–5,1
–5,2
…
–7,8
Iобр, мА
4. Выключите питание источника E1. Отключите коммутационные провода от схемы.
2.4. Исследование параметрического
стабилизатора напряжения
1. Для исследования параметрического стабилизатора напряжения соберите схему, изображенную на рис. 2.8.
R2
+
E1
VD2
100
V
PV1
–
Рис. 2.8. Схема параметрического стабилизатора напряжения
В качестве источника питания используйте источник с регулировкой напряжения Е1 с цифровой индикацией на блоке «Источ33
ник питания». В качестве измерительного прибора вольтметра РV1
используйте любой прибор блока «Измерительные приборы», предварительно установив тумблеры выбора типа измеряемой величины (ток или напряжение), режима измерения (постоянный или переменный ток) и диапазона измерения в необходимые положения.
Резистор R2 расположен на блоке «Нелинейные и реактивные
элементы». Резистор с номиналом 100 Ом находится на блоке «Диоды, резисторы, конденсаторы».
Предъявите собранную цепь измерения для проверки преподавателю.
2. Включите питание источника E1, а также измерительного
вольтметра PV1.
3. Установите значение напряжения источника питания цепи Е1
равное 1,5 В.
4. Изменяя величину входного напряжения источника Е1 в диапазоне 1,5…12 В с интервалом 0,5 В произведите измерения значений выходного стабилизированного напряжения Uст (вольтметр
PV1).Результаты измерений занесите в табл. 2.3.
Таблица 2.3
Исследование зависимости выходного
стабилизированного напряжения от входного напряжения
Е1, В
1,5
2
2,5
…
…
12
Uст, В
5. Выключите питание источника Е1 и измерительных приборов.
Отключите все коммутационные кабели и сдайте их преподавателю.
3. Обработка результатов измерений
1. По данным табл. 2.1, 2.2 построить ВАХ стабилитрона.
ВАХ стабилитрона следует строить как зависимость тока, протекающего через стабилитрон, от напряжения, приложенного к стабилитрону. Прямую и обратную ветвь ВАХ следует строить на одном графике в I и III квадрантах соответственно, используя при
этом разные масштабы.
2. По полученной ВАХ стабилитрона определить напряжение
стабилизации Uст.
3. На графике обратной ветви ВАХ стабилитрона построить линию нагрузки для R = 33 Ом и U1 = –8 В, используя при этом уравнение прямой линии Iобр = (U1 – Uобр)/R.
34
4. В точках пересечения линий нагрузки с обратной ветвью ВАХ
стабилитрона определить дифференциальное сопротивление стабилитрона, используя соотношение rст. диф = ∆U/∆I. Приращения тока
∆I и напряжения ∆U определяются графически, при этом приращения тока ∆I, симметричные относительно рабочей точки, необходимо брать такими, чтобы не выйти за пределы рабочего участка ВАХ
стабилитрона.
5. По данным табл. 2.3 построить зависимость стабилизированного напряжения Uст от входного напряжения Е1. По построенной
зависимости определить коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора на участке стабилизации Kст:
Kñò =
Ɓ1
.
∆Uñò
4. Содержание отчета
Отчет должен содержать:
– Наименование и цель работы.
– Схемы измерений.
– Таблицы измеренных и расчетных данных.
– Графики ВАХ стабилитрона, а также график зависимости
Uст = f(Е1);
– Рассчитанные значения дифференциального сопротивления
стабилитрона и коэффициента стабилизации Kст параметрического
стабилизатора на участке стабилизации.
– Краткие выводы по результатам проделанной работы.
Контрольные вопросы
1. Какие особенности ВАХ стабилитрона определяют область его
применения?
2. Какие виды пробоя существуют в p-n-переходе? Какие из них
используются в полупроводниковом стабилитроне?
3. Объясните, что такое «рабочая точка» и «рабочий участок»
ВАХ стабилитрона.
4. Объясните, какие физические процессы определяют форму
ВАХ стабилитрона на различных ее участках.
5. Объясните способ построения линии нагрузки. Как с ее помощью оценить качество стабилизации напряжения?
35
6. Рассмотрите простейшую схему стабилизатора напряжения.
Объясните, как ведет себя линия нагрузки: если напряжение источника питания изменяется на величину ∆Е при постоянном сопротивлении нагрузки Rн; если изменяется сопротивление нагрузки Rн при неизменном напряжении источника питания.
36
Лабораторная работа № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ДВУХПОЛУПЕРИОДНОГО
МОСТОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ
1. Методические указания по подготовке к работе
Цель работы: ознакомиться с принципом работы однофазного двухполупериодного мостового выпрямителя, изучить влияние сглаживающих фильтров на работу выпрямительного устройства [2–4].
Выпрямление переменного тока – один из основных процессов в радиоэлектронике. В выпрямительном устройстве энергия переменного тока преобразуется в энергию постоянного тока. Любой выпрямитель является потребителем энергии переменного тока и генератором постоянного тока.
Широкое распространение получила мостовая схема однофазного двухполупериодного выпрямителя, которая представлена на
рис. 3.1.
В выпрямителях для питания радиоэлектронной аппаратуры генератором ЭДС обычно служит трансформатор, включенный в электрическую сеть. Роль нагрузочного резистора Rн, т. е. потребителя
энергии постоянного тока, в практических схемах играют те цепи
или приборы, которые питаются от выпрямителя.
Работа двухполупериодного мостового выпрямителя происходит
следующим образом. Переменное напряжение u1 = U1msinωt посту-
VD1
U1
U2
VD2
VD 3
VD 4
Rн
Uн
Рис. 3.1. Схема однофазного двухполупериодного
мостового выпрямителя
37
пает на вход схемы. Кривые изменения токов и напряжений в выпрямителе представлены на рис. 3.2.
U1
t
Uн=Rнi23 Uн=Rнi14
U0
i н =i 23
iн =i14
t
Рис. 3.2. Кривые изменение
токов и напряжений
С вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение
u2 = U2msinwt поступает на вход диодного моста, состоящего из четырех диодов (рис. 3.1). Когда на верхней, в соответствии со схемой,
точке вторичной обмотки появится положительный полупериод переменного синусоидального напряжения, ток проходит от верхнего
по схеме вывода через диод VD2, в нагрузку, через диод VD3 к нижнему выводу вторичной обмотки. Элементы VD1 и VD4 в этот моu
мент заперты, и ток через них не проходит. Ток в нагрузке i23 ≈ 2 .
Rí
В течение другой полуволны синусоидального напряжения, когда плюс будет на нижнем выводе вторичной обмотки трансформатора, ток проходит от нижнего вывода обмотки через диод VD4, нагрузку, через диод VD1 к верхнему выводу вторичной обмотки
трансформатора. В этот момент VD2 и VD3 закрыты, и ток в нагрузu
i23.
ке i14 ≈ 2 =
Rí
Таким образом, в течение обоих полупериодов в нагрузке протекает ток, который имеет форму импульсов, близкую к полусинусоиде, а кривая напряжения на нагрузке uн представляет собой пульсирующее напряжение, достигающее максимального значения
Uн max два раза за период.
Постоянная составляющая U0 выходного напряжения мостового
выпрямителя представляет собой среднее значение выпрямленного
напряжения за период T. Коэффициент пульсаций мостовой схемы
38
двухполупериодного выпрямителя при работе на активную нагрузку Kп = 0,67.
Для питания постоянным напряжением большинства радиоэлектронных устройств коэффициент пульсаций выпрямителя не
должен превышать 0,1. Для эффективного сглаживания пульсаций
в выпрямительных схемах применяются сглаживающие фильтры.
Основные схемы сглаживающих фильтров приведены на рис. 3.3.
Эффективность использования сглаживающего фильтра оценивают коэффициентом сглаживания Kс равным отношению коэффициента пульсаций на выходе выпрямителя Kп к коэффициенту
пульсаций на нагрузке Kпн:
Kï
, Êïí
(3.1)
1
<< Rí ,
ω1Cô
(3.2)
Kñ =
где Kпн = Uн/U0, U0 и Uн – постоянная составляющая и амплитуда
основной гармоники напряжения после фильтра на нагрузке.
Емкостной фильтр (рис. 3.3, а) включается параллельно нагрузке. Для переменной составляющей выпрямленного тока конденсатор Сф представляет малое сопротивление, а для постоянной – большое. Поэтому при выполнении условия
=
Xñô
a)
б)
Сф
Lф
Rн
д)
Rф
Сф
в)
Lф
Rн
г)
Rн
Сф1
Сф
Rн
Lф
Сф2
Rн
Рис. 3.3. Схемы сглаживающих фильтров
39
где w1 – частота основной (первой) гармоники, переменная составляющая шунтируется конденсатором Сф, а постоянная составляющая
без потерь проходит в нагрузку Rн.
Коэффициент сглаживания емкостного фильтра определяется
следующим выражением:
(
Kñ =
ω1Ñô Rí
)
2
+ 1. (3.3)
При выполнении условия (3.2) в выражении (3.3) единицей можно пренебречь.
Тогда емкость Сф, необходимая для обеспечения заданного коэффициента сглаживания, определяется по формуле:
Ñô =
Kñ
.
ω1Rí
(3.4)
Рисунок 3.4 иллюстрирует процесс сглаживания пульсаций напряжения с помощью емкостного фильтра. Во время первой половины цикла проходящий ток заряжает конденсатор до напряжения
близкого к U2m. Нагрузка вызывает разряд конденсатора, который
происходит в промежутке между половинами циклов выходного
сигнала uн.
Поскольку постоянная времени для разрядки конденсатора существенно превышает время между перезагрузками, происходит
ослабление пульсаций. Полезной частью выходного напряжения
является его постоянная составляющая, или среднее значение Uн0.
При включении конденсатора большой емкости средневыпрямленное значение напряжения Uн0 стремится к амплитудному значению U2m и может достигать (0,90–0,95)U2m.
Индуктивный фильтр (рис. 3.3, б) включается последовательно нагрузке. Для переменной составляющей выпрямленного тока
uн
U2m
U н0
заряд разряд
t
Рис. 3.4. Процесс сглаживания пульсаций напряжения
с помощью емкостного фильтра
40
дроссель Lф представляет большое сопротивление. А постоянная
составляющая тока без потерь проходит через Lф в нагрузку Rн.
Чтобы исключить падение напряжения в нагрузке от переменной составляющей выходного тока, необходимо выполнить условие
XLô = ω1Lô >> Rí . (3.5)
Коэффициент сглаживания индуктивного фильтра будет иметь
вид:
( ω1Lô )
2
Kñ =
+ Rí2
Rí
. (3.6)
Тогда индуктивность Lф, при выполнении условия (3.5), необходимая для обеспечения заданного коэффициента сглаживания,
определяется по формуле:
Lô =
Rí ⋅ Kñ
.
ω1
(3.7)
Из формул (3.3) и (3.6) следует, что емкостной фильтр целесообразно применять при больших сопротивлениях нагрузки выпрямителя, а индуктивный фильтр – при малых, так как в этих случаях заданный коэффициент сглаживания можно получить при малых значениях Lф и Cф.
Для получения больших значений коэффициента сглаживания применяют Г-образные LC-фильтры (рис. 3.3, в) и RC-фильтры
(рис. 3.3, г), а также многозвенные фильтры, представляющие собой последовательное включение отдельных фильтров (звеньев), например П-образный фильтр (рис. 3.3, д).
Г-образный LC-фильтр удобно применять при больших токах нагрузки, так как потери мощности в дросселе незначительны. При
малых значения выпрямленного тока (Iн < 50 мА) часто используют Г-образный RC-фильтр, достоинством которого являются небольшие габариты, вес и стоимость, а недостатками – большие потери мощности и падение напряжения на резисторе Rф. П-образные
фильтры обладают большим по значению коэффициентом сглаживания по сравнению с Г-образными, поскольку коэффициент сглаживания П-образного фильтра определяется как произведение коэффициентов сглаживания отдельных звеньев, из которых он состоит.
41
Работа двухполупериодного мостового выпрямителя по сравнению с выпрямлением напряжения одним диодом намного эффективней. В таком мостовом выпрямителе максимальный КПД, так
как используются два полупериода переменного тока из двух, поскольку уменьшились интервалы между импульсами, среднее значение напряжения постоянного тока примерно того же уровня, что
и переменное с вторичной обмотки трансформатора.
2. Порядок выполнения работы
2.1. Ход выполнения работы
1. Изучить теоретические основы по материалам лекций и перечню рекомендованной литературы.
2. Изучить раздел «Описание стенда».
3. Провести эксперимент и выполнить задания, заполнив соответствующие графы таблиц и зарисовав необходимые осциллограммы.
4. Составить отчет с построением необходимых графиков и выполнением расчетных заданий. Сделать выводы на основании выполненной лабораторной работы.
5. Подготовить отчет к защите.
В работе «Однофазный выпрямитель на диодах и сглаживающие
фильтры» будут использованы следующие блоки и приборы:
– блок «Источник питания»;
– блок «Измерительные приборы»;
– блок «Нелинейные и реактивные элементы»;
– блок «Сопротивления добавочные»;
– блок «Диоды, резисторы, конденсаторы»;
– цифровой осциллограф АКИП-4119/1.
2.2. Исследование работы однофазного выпрямителя
в режиме холостого хода
Режим холостого хода – это работа выпрямительного устройства
без подключения к нему нагрузки.
1. Для исследования схемы однофазного выпрямителя в режиме
холостого хода соберите схему, изображенную на рис. 3.5. В качестве источника питания используйте генератор E2 блока «Источник
питания».
Выпрямительный диодный мост 1N4007x4 расположен на блоке
«Диоды, резисторы, конденсаторы».
42
E2
~12
1N4007x4
V
V
P V2
к осциллограф у
P V1
Рис. 3.5. Схема исследования однофазного выпрямителя
в режиме холостого хода
Предъявите собранную цепь измерения для проверки преподавателю.
2. Включите питание источника Е2, измерительных приборов и
осциллографа. Тумблер работы вольтметра PV1 перевести в режим
измерения переменного тока AC. Тумблер работы вольтметра PV2
перевести в режим измерения постоянного тока DC. Предел измерения вольтметров PV1 и PV2 установить равным 20 В.
3. При работе выпрямителя в режиме холостого хода измерить
вольтметром PV1 действующее значение выпрямляемого напряжения U2. Результат измерения занести в табл. 3.1.
4. С помощью специального кабеля подключить вместо вольтметра PV1 осциллограф АКИП-4119/1. Получить на экране осциллографа устойчивое изображение и определить по осциллограмме амплитудное значение выпрямляемого напряжения U2m. ЗначениеU2m
равно половине размаха напряжения Vpp (осциллограф имеет возможность индикации значения Vpp) Результат измерения занести
в табл. 3.1. Зарисовать в масштабе осциллограмму выпрямляемого
напряжения. Сохранить на внешний USB-носитель осциллограмму.
5. В режиме холостого хода измерить вольтметром PV2 величину
выпрямленного постоянного напряжения Ud. Результат измерения
занести в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Исследование выпрямителя в режиме холостого хода
U2, В
U2m, В
Ud, В
Uобр.макс, В
U2/U2m
Ud/U2
6. С помощью специального кабеля подключить осциллограф
АКИП-4119/1 к одному из диодов диодного моста 1N4007x4. Полу43
чить на экране осциллографа устойчивое изображение и определить по осциллограмме величину максимального обратного напряжения Uобр.макс.. Результат измерения занести в табл. 3.1. Зарисовать в масштабе осциллограмму напряжения. Сохранить на внешний USB-носитель осциллограмму.
7. Выключите питание источника Е2.
2.3. Исследование работы однофазного выпрямителя
без сглаживающих фильтров
1N4007x4
E2
~12
R3
V
P V1
к осциллограф у
В этом режиме в качестве нагрузки используется добавочный
резистор с изменяемой величиной сопротивления R3 блока «Сопротивления добавочные».
1. Соберите схему для исследования работы однофазного выпрямителя без сглаживающих фильтров, изображенную на рис. 3.6.
Рис. 3.6. Схема исследования работы
однофазного выпрямителя
без сглаживающих фильтров
Предъявите собранную цепь измерения для проверки преподавателю.
2. Включите питание источника Е2.
3. Изменяя значение номинала резистора R3 в диапазоне 50…600
Ом произвести измерения постоянной составляющей напряжения
Uпост. на нагрузке с помощью вольтметра PV1 (при этом необходимо выбрать режим измерения постоянного напряжения DC на вольтметре). Результаты измерений занести в табл. 3.2.
4. Подключить вместо вольтметра PV1 осциллограф АКИП
4119/1. Получить на экране осциллографа устойчивую картину.
Изменяя значение номинала резистора R3 в диапазоне 50…600 Ом
определить по осциллограмме двойную амплитуду пульсаций ∆U.
5. Зарисовать в масштабе осциллограмму напряжения при любом значении номинала резистора R3. Сохранить на внешний USBноситель осциллограмму.
44
6. По результатам измерений определить коэффициент пульсаций q = ∆U/2Uпост. Результаты вычислений занести в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Исследование работы однофазного выпрямителя
без сглаживающих фильтров
R3, Ом
50
75
100
150
200
300
400
500
600
∆U
Uпост.
Kп = ∆U/2Uпост
7. Выключить питание источника Е2.
2.4. Исследование влияния на выпрямленное напряжение
сглаживающих фильтров
(емкостного и индуктивно-емкостного)
1N4007x4
E2
~12
C
R3
V
P V1
к осциллограф у
В этом режиме в качестве нагрузки добавляется один из возможных фильтров: емкостной (конденсатор С блока «Нелинейные
и реактивные элементы») или индуктивно-емкостной (конденсатор
С совместно с индуктивностью Lk блока «Нелинейные и реактивные
элементы»).
1. Собрать схему для исследования влияния емкостного фильтра
на выпрямленное напряжение, изображенную на рис. 3.7. Значение
номинала резистора R3 установить равным 200 Ом.
Рис. 3.7. Схема для исследования
влияния емкостного фильтра
на выпрямленное напряжение
Предъявите собранную цепь измерения для проверки преподавателю.
2. Включите питание источника Е2.
3. Изменяя значение номинала конденсатора Св диапазоне
0…250 мкФ произвести измерения постоянной составляющей напряжения Uпост на нагрузке с помощью вольтметра PV1 (при этом
45
необходимо выбрать режим измерения постоянного напряжения
DC на вольтметре). Результаты измерений занести в табл. 3.3.
4. Подключить вместо вольтметра PV1 осциллограф
АКИП-4119/1. Получить на экране осциллографа устойчивую
картину. Изменяя значение номинала конденсатора Св диапазоне 0…250 мкФ определить по осциллограмме двойную амплитуду
пульсаций ∆U.
5. Зарисовать в масштабе осциллограмму напряжения при значении номинала конденсатора С = 200 мкФ. Сохранить на внешний
USB-носитель осциллограмму.
6. По результатам измерений определить коэффициент пульсаций q = ∆U/2Uпост. Результаты вычислений занести в табл. 3.3.
Таблица 3.3
Исследование влияния на выпрямленное напряжение
емкостного сглаживающего фильтра
С, мкФ
0
40
60
80
100
120
150
180
200
250
∆U
Uпост
Kп = ∆U/2Uпост
1N4007x4
Lk
E2
~12
C
R3
V
P V1
к осциллограф у
7. Выключить питание источника Е2.
8. Собрать схему для исследования влияния индуктивно-емкостного фильтра на выпрямленное напряжение, изображенную на
рис. 3.8. Значение номинала резистора R3 установить равным 200
Ом.
Предъявите собранную цепь измерения для проверки преподавателю.
9. Включите питание источника Е2.
10. Изменяя значение номинала конденсатора Св диапазоне
0…250 мкФ произвести измерения постоянной составляющей на-
Рис. 3.8. Схема для исследования влияния индуктивно-емкостного
фильтра на выпрямленное напряжение
46
пряжения Uпост. на нагрузке с помощью вольтметра PV1 (при этом
необходимо выбрать режим измерения постоянного напряжения на
вольтметре). Результаты измерений занести в табл. 3.4.
11. Подключить вместо вольтметра PV1 осциллограф
АКИП-4119/1. Получить на экране осциллографа устойчивую
картину. Изменяя значение номинала конденсатора Св диапазоне 0…250 мкФ определить по осциллограмме двойную амплитуду
пульсаций ∆U.
12. Зарисовать в масштабе осциллограмму напряжения при значении номинала конденсатора С = 200 мкФ. Сохранить на внешний
USB-носитель осциллограмму.
13. По результатам измерений определить коэффициент пульсаций q = ∆U/2Uпост. Результаты вычислений занести в табл. 3.4.
Таблица 3.4
Исследование влияния на выпрямленное напряжение
индуктивно-емкостного сглаживающего фильтра
С, мкФ
0
40
60
80
100
120
150
180
200
250
∆U
Uпост.
Kп = ∆U/2Uпост
14. Выключите питание источника Е2 и измерительных приборов. Отключите все коммутационные кабели и сдайте их преподавателю.
3. Обработка результатов измерений
1. По данным табл. 3.2 построить зависимость коэффициента
пульсаций Kп от значений номинала резистора R3. Сделать выводы о влиянии величины сопротивления нагрузки на эффективность
работы выпрямителя.
2. По данным табл. 3.3–3.4 построить зависимость коэффициента пульсаций Kп от значений номинала конденсатора С. При этом
зависимости коэффициента пульсаций от номинала конденсатора
С при применении емкостного и индуктивно-емкостного фильтра
допускается строить на одном графике. Сделать выводы о влиянии
фильтров и номинала конденсатора С на эффективность работы выпрямителя.
47
4. Содержание отчета
Отчет должен содержать:
– Наименование и цель работы.
– Схемы измерений.
– Таблицы измеренных и расчетных данных.
– Графики по результатам измерений табл. 3.1–3.4.
– Осциллограммы измеренных напряжений при различных видах нагрузки.
– Краткие выводы по результатам проделанной работы.
Контрольные вопросы
1. Нарисуйте схему однофазного двухполупериодного мостового
выпрямителя.
2. Объясните принцип действия двухполупериодного мостового
выпрямителя.
3. Каким образом сглаживаются пульсации в выпрямительных
схемах?
4. Нарисуйте основные схемы сглаживающих фильтров.
5. Как определить значение емкости и индуктивности в емкостном и индуктивном фильтрах соответственно?
6. Поясните особенности двухполупериодного мостового выпрямителя по сравнению с однополупериодным выпрямителем.
48
Заключение
Отчет по лабораторной работе выполняется на белой бумаге формата 297×210 мм. Допускается применять бумагу «в клетку» и использование обеих сторон листа. Образец оформления титульного
листа представлен на сайте: http://standarts.guap.ru , сектора нормативной документации ГУАП.
Графики строятся на отдельных листах отчета. При использовании нелинованной бумаги следует нанести на графики координатную сетку. Иллюстрации малых размеров размещаются на листе до
нескольких штук.
Когда на графике приведено несколько функциональных зависимостей, то кривые следует обозначать либо различным начертанием, либо цифрами, либо буквами, с соответствующим разъяснением, размещенным под графиком.
Размерность на графиках ставится в конце оси координат вне поля графика в виде дроби, в числителе которой – обозначение физической величины, а в знаменателе – единица измерения:
I
U
èëè .
mA
B
При этом обозначения по оси абсцисс должны располагаться под
осью, а по оси ординат – слева от оси. Обозначения в виде наименований следует располагать параллельно соответствующим осям.
Для оцифровки осей применяется натуральный ряд чисел 0,1,2,3,…,
помноженный 10n, или 5 ∙ 10n, где n = 0, ±1, ±2, ±3,... .
Все графики и рисунки должны иметь нумерацию и поясняющие подписи с указанием типа исследуемого полупроводникового
прибора.
Принципиальные схемы вычерчиваются в соответствии с требованиями ЕСКД [5, 6].
49
Библиографический список
1. Булычев Ф. П., Лямин П. М., Туликов Е. С. Электронные приборы. М.: Высшая школа, 2001. 416 с.
2. Жеребцов И. П. Основы электроники. Л., 1985. 352 с.
3. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники / пер. с англ.
Изд. 2-е.М.: Издательство БИНОМ. 2014. 704 с.
4. Королев Г. В. Электронные устройства автоматики: учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1991. 256 с.
5. ГОСТ 2.730–73. ЕСКД. Обозначения условные графические
в схемах. Приборы полупроводниковые.
6. ОСТ II.336.919–81. Приборы полупроводниковые. Система
обозначений.
50
Содержание
Предисловие............................................................... Описание стенда.......................................................... Лабораторная работа № 1. Исследование выпрямительных
полупроводниковых диодов и диода шоттки.................... 1. Методические указания по подготовке к работе......... 2. Порядок выполнения работы.................................. 3. Обработка результатов измерений........................... 4. Содержание отчета................................................ Контрольные вопросы............................................... Лабораторная работа № 2. Исследование полупроводникового стабилитрона и стабилизатора напряжения........... 1. Методические указания по подготовке к работе......... 2. Порядок выполнения работы.................................. 3. Обработка результатов измерений........................... 4. Содержание отчета................................................ Контрольные вопросы............................................... Лабораторная работа № 3. Исследование однофазного
двухполупериодного мостового выпрямителя .................. 1. Методические указания по подготовке к работе......... 2. Порядок выполнения работы.................................. 3. Обработка результатов измерений........................... 4. Содержание отчета................................................ Контрольные вопросы............................................... Заключение................................................................ Библиографический список........................................... 3
5
7
7
17
23
24
24
26
26
31
34
35
35
37
37
42
47
48
48
49
50
51
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
1 898 Кб
Теги
aganovkazakov
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа