Электроника
Методические указания к лабораторному практикуму по курсу “Электроника”
Екатеринбург 2003
УДК 681.5.01:512
Составители: В.И.Паутов, доц. к.т.н..
В В. Муханов, доц. к.т.н.
Научный редактор В.А. Матвиенко, доц. к.т.н.
Библиогр.: 14 назв. Рис. 7. Табл. 11.
Подготовлено кафедрой общепрофессиональных дисциплин
ã Уральский филиал СибГУТИ
ПРИЛОЖЕНИЕ П2. Справочные данные транзисторов
Таблица П2
| Транзис- тор | Uкэдоп (В) | Iкmax (мА) | Ркдоп (мВт) | IК0 МкА | h21Э | h21Э/При F Мгц | СКЭ ПФ | Fгр (МГц) |
| КТ201А | 20/60 | |||||||
| КТ201Б | 0,5 | 30/90 | ||||||
| КТ301Д | 20/60 | 1,5/20 | ||||||
| КТ3102А | 0,05 | 100/250 | 1,5/100 | |||||
| КТ3102В | 0,05 | 250/500 | 1,5/100 | |||||
| КТ312В | 50/250 | 6/20 | ||||||
| КТ315А | 20/90 | 2,5/100 | ||||||
| КТ315В | 20/90 | 2,5/10 | ||||||
| КТ315Ж | 50/250 | 1,5/10 | ||||||
| КТ325А | 0,5 | 30/90 | - | |||||
| КТ325Б | 0,5 | 70/210 | - | 2,5 | ||||
| КТ339А | 1- | 25/70 | 3/100 | |||||
| КТ342А | 50/250 | 2,5/100 | ||||||
| КТ342Б | 100/800 | 4/100 | ||||||
| КТ604Б | 30/120 | |||||||
| КТ630В | 40/120 | - | ||||||
| КТ817В | 20/60 | - |
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Параметры стабилитронов
Таблица П3
| Тип прибора | Uст В | Iстmin мА | Iстmax мА | Uпр В | Iпрдоп мА | ТКН %/°С | Tmax °С |
| KC147Г | 4,7 | -0,09 | |||||
| KC156A | 5,6 | -0,05 | |||||
| KC162A | 6,2 | -0,04 | |||||
| KC168A | 6,8 | ±0,04 | |||||
| KC170A | 7,0 | ±0,01 | |||||
| 2C175Ж | 7,5 | 0,07 | |||||
| 2C175E | 7,5 | 0,065 | |||||
| KC182A | 8,2 | 0,004 |
Содержание
1. Характеристики и параметры диодов 4
2. Статические характеристики и параметры
биполярного транзистора 7
3. Статические характеристики и параметры
полевого транзистора 10
4. Режим работы транзистора по постоянному току 13
5. Усилительный каскад с общим коллектором
(эмиттерный повторитель) 17
6. Библиографический список 20
7. Приложения 21
Характеристики и параметры диодов
Цель работы
Экспериментальное исследование полупроводниковых диодов, расчет их параметров.
Порядок выполнения работы
1. Записать тип исследуемых диодов. Из справочника выписать параметры и предельные режимы работы приборов (допустимые обратное напряжение Uобр.мах и прямой ток Iпр.доп, максимальное значение прямого напряжения на диоде Uпрmax, допустимую рассеиваемую мощность Рдоп, максимальный обратный ток Iобр и диапазон рабочих температур).
2. Вызвать пакет анализа электронных схем Electronics Work Bench (EWB). Собрать схему рис.1,а для снятия прямой ветви ВАХ диода. Для выбора конкретного диода выполнить левой клавишей мыши двойной щелчок по изображению диода и в открывшемся окне выбрать в списке библиотек (слева) библиотеку моделей Lab, а в этой библиотеке (список справа) заданный диод, после чего нажать кнопку ОК. Ни в коем случае не выполнять ни какие другие действия с библиотеками моделей! Убедиться, что амперметр и вольтметр установлены в режим измерения постоянного тока (DC), при необходимости выполнить переключение приборов. Установить сопротивление амперметра 1Ом, вольтметра – 1МОм. Установить ток источника тока равным половине прямого допустимого тока диода Iпр.доп. Включить режим моделирования и убедиться в правильной работе схемы.
Справочники
12. Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные, стабилитроны, тиристоры: Справочник / А. Б. Гитцевич, А. А. Зайцев, В. В. Мокряков и др.; Под ред. А. В. Голомедова. М.: Радио и связь, 1988. 528 с.
13. Галкин В. И., Булычев А. Л., Лямин П. М. Полупроводниковые приборы: Справочник. Минск: Беларусь, 1994. 347 с.
14. Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности: Справочник / А. А. Зайцев, А. И. Миркин, В. В. Мокряков и др.; Под ред. А. В. Голомедова. М.: Радио и связь, 1989. 384 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Справочные данные диодов
Таблица П1
| Диод | Iпр.доп. мА | Uпрmax В | Uобр В | Iобрmax мкА | Тmin | Тmax | Fmax МГц |
| Германиевые | |||||||
| ГД107А | 0.6 | -60 | |||||
| ГД113А | 0.6 | -40 | 0.01 | ||||
| Д7А | 0.4 | -55 | 0.002 | ||||
| Д7Б | 0.4 | -55 | 0.002 | ||||
| Д7В | 0.5 | -55 | 0.002 | ||||
| Д7Д | 0.5 | -55 | 0.002 | ||||
| Д9В | 0.6 | -60 | 0.1 | ||||
| Д9Г | 0.6 | -60 | 0.1 | ||||
| Д9У | 0,6 | -60 | 0,1 | ||||
| Д9Ж | 0,6 | -60 | 0,1 | ||||
| Кремниевые | |||||||
| КД102А | 0.1 | -60 | 0.004 | ||||
| КД103А | 0.9 | 0,5 | -60 | 0,15 | |||
| 2Д103А | -60 | 0,15 | |||||
| Д226Г | 1,2 | -60 | 0,01 | ||||
| КД104А | -60 | 0.02 | |||||
| 2Д106А | 0.9 | -60 | 0.02 | ||||
| КД109А | 1,2 | -60 | 0,01 | ||||
| КД407А | 0.5 | -60 | 0.15 | ||||
| КД413А | 0.1 | -60 | 0.15 | ||||
| КД411Г | 1.4 | -60 | 0.15 |
Библиографический список
1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника: Учебное пособие для вузов / Ю. Л. Бобровский, С. А. Корнилов, И. А. Кратиров и др.; Под ред. проф. Н. Д. Фёдорова. М.: Радио и связь, 1998. 560 с.
2. Булычев А. Л., Лямин П. М., Тулинов Е. С. Электронные приборы. М.: Лайт Лтд., 2000. 416 с.
3. Лачин В. И., Савёлов Н. С. Электроника: Учеб. пособие. Ростов-на-Дону: изд-во "Феникс", 2000. 448 с.
Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1991. 622 с.
Пасынков В. В., Чиркин А. К. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. М.: Высш. шк., 1987. 479 с.
Батушев В. А. Электронные приборы. М.: Сов. радио, 1980. 383 с.
Степаненко И. П. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2000. 488 с.
Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и её применение. М.: "Солон-Р", 1999. 506 с.
Методические указания
Елфимов В. И., Устыленко Н. С., Беспалов В. В. Исследование характеристик и параметров полупроводниковых диодов: Методические указания к лабораторной работе по курсу "Электронные твёрдотельные приборы и микроэлектроника". Екатеринбург: Екатеринбургский филиал СибГУТИ, 1998. 72 с.
Елфимов В. И., Устыленко Н. С. Исследование влияния температуры на характеристики и параметры кремниевых стабилитронов: Методические указания к лабораторной работе по курсу "Электронные твёрдотельные приборы и микроэлектроника". Екатеринбург: Екатеринбургский филиал СибГУТИ, 1998. 46 с.
Елфимов В. И., Устыленко Н. С. Исследование характеристик и параметров полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом: Методические указания к лабораторной работе по курсу "Электронные твёрдотельные приборы и микроэлектроника". Екатеринбург: Екатеринбургский филиал СибГУТИ, 1998. 47 с.
3. Снять прямые ветви ВАХ диодов, последовательно устанавливая значения прямого тока от 0,2мА до Iпр.доп (рекомендуемый ряд значений: 0.2, 0.5, 1, 2, 5, 10,...мА). По результатам измерений для каждого из диодов заполнить таб.1.
4. Установить значение температуры окружающей среды равное 50ºС и повторить измерения п.2 для заданных диодов. Для установки температуры выбрать опцию Analysis options меню Analysis. В открывшемся окне выделить вкладку Global и установить значение переменной Simulation temperature (TEMP) равное заданной температуре 50 degrees C. Выполнить измерения и установить прежнее значение температуры 27 degrees C (27ºС или 300ºК).
Таблица 1
| Диод | Iпр (мА) | 0,2 | 0,5 | Iпр.доп | |||||
| 27ºС | Uпр (В) | ||||||||
| 50ºС | Uпр (В) |
5. Собрать схему рис.1,б для снятия обратной ветви ВАХ. Изменяя величину обратного напряжения, приложенного к диодам, снять обратные ветви ВАХ для тех же диодов. Рекомендуемый ряд обратных напряжений приведен в таб.2. Последней при измерениях взять точку, в которой начинается резкий рост обратного тока (ток возрастает до 0,5-1мА). Результаты измерений занести в таб.2 для каждого диода.
Таблица 2
| Диод | Uобр (В) | 0,5 | 0,9Uобр.мах | |||
| 27ºС | Iобр (мкА) | |||||
| 50ºС | Iобр (мкА) |
6. Установить значение температуры окружающей среды равное 50ºС и повторить измерения п.4 для заданных диодов. После окончания измерений не забудьте установить прежнее значение температуры 27 degrees C.
Содержание отчета
Отчет по работе должен содержать следующие разделы:
· цель работы, справочные параметры исследуемых диодов, необходимые пояснения;
· схемы для снятия прямой и обратной ветвей ВАХ, объяснить, почему вольтметр и амперметр в схемах включены по-разному;
· построить графики ВАХ диодов для нормальной и повышенной температур, не забывайте, что масштабы по осям прямых и обратных токов и напряжений различны, для всех диодов масштаб по оси прямых напряжений взять одинаковым;
· определить дифференциальное сопротивление диодов rД=ΔUПР/ΔIПР при прямом токе, равном 0,5Iпр.доп, для определения rд построить на графике прямой ветви ВАХ характеристический треугольник, вершины которого должны совпадать со значениями в таблице 1, сопротивление определить для нормальной и повышенной температур;
· определить прямое статическое сопротивление диодов Rо=UПР/IПР при прямом токе, равном 0,5Iпр.доп, сопротивление определить для нормальной и повышенной температур;
· определить обратное сопротивление диода при Uобр=5В для нормальной и повышенной температур;
· полученные результаты свести в таблицу 3;
· выводы по результатам работы.
Таблица 3
| Диод | Материал | TºC | Uпрmax (В) | Rпр (Ом) | rД (Ом) | I0бр (мкА) | Rобр (мОм) |
| Si | |||||||
| Ge | |||||||
Таблица 11
| ЕС, В | ||||||||||
| RН, кОм | 0,4 | 0,2 | 0,1 | 0,04 | 0,02 | |||||
| UН, В | ||||||||||
| IН, мА | ||||||||||
| РН, мВт |
В окрестностях точки RН=1кОм определить выходное сопротивление RВЫХ=ΔUН/ΔIН. Построить графики зависимостей UН=f(IН) и РН= f(IН). Определить мощность, потребляемую повторителем от источника сигнала РВХ=ЕС*IВХ. Определить коэффициент усиления по мощности КР=РН/РВХ в точке, соответствующей максимуму зависимости РН=f(IН).
Определить коэффициент полезного действия каскада КПД = Рн/РЕ. РЕ = Ек*Iк.
5. Снять амплитудно- и фазо-частотные характеристики эмиттерного повторителя. Для этого выключить режим моделирования. В меню Circuit (опция Schematic options) включить режим отображения номеров цепей Show nodes. Затем в меню Analysis выбрать опцию AC Frequency. Установить диапазон изменения частоты сигнала от 20Гц до 20МГц, установить для оси частот логарифмический масштаб (Sweep type имеет значение Decade), фаза и усиление отображаются в линейном масштабе. Выходным параметром в окне Nodes in circuit выбрать номер выходной цепи усилителя. Затем нажать кнопку Simulate. Через несколько секунд откроется окно, в котором Вы увидите два графика: верхний – АЧХ: нижний – ФЧХ. По полученным графикам определить граничные частоты и фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами на этих частотах и на частоте f0 (при необходимости скорректировать значения начальной и конечной частот и повторить моделирование).
Содержание отчета
– Цель работы,
– Схема и параметры эмиттерного повторителя,
– Пояснения к каждому из пунктов работы и результаты измерений и расчетов.
Порядок выполнения работы
Собрать схему эмиттерного повторителя в соответствии с рис.7. Включить транзистор VT того же типа, что и в предыдущих работах (предварительный усилитель). Установить рассчитанные в параграфе 5.2 значения сопротивлений резисторов схемы и напряжение ЕК=12В. Включить резистор нагрузки RН=1кОм. Емкости
конденсаторов С1=5мкФ, С2=50,0 мкФ. Все приборы, кроме UЭ и IК, включить в режим измерения переменного тока (АС), а UЭ и IК – постоянного (DC). Установить значение напряжения источника сигнала Ес=0,1В при частоте 10кГц.
2. Включить питание схемы и измерить напряжение на эмиттере транзистора UЭ и ток коллектора IК. UЭ должно быть в пределах (0,4÷0,6)ЕК. Если UЭ выходит за эти пределы, то скорректировать значение сопротивления резистора R1. Записать параметры схемы (тип транзистора, сопротивления всех резисторов и емкости конденсаторов, ток IК и напряжение UЭ).
3. Снять амплитудную характеристику усилителя, изменяя напряжение сигнала ЕС от нуля до напряжения, при котором коэффициент передачи повторителя KU=UН/ЕС уменьшится на 10-15% по сравнению с его значением при ЕС=1,0В. Результаты измерений занести в таблицу 10. Построить амплитудную характеристику. Установить значение ЕС, соответствующее средине линейного участка характеристики (на линейном участке KU постоянен) и определить входное сопротивление усилителя RВХ=ЕС/IВХ.
Таблица 10
| ЕС, В | 0,05 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,5 | 1.0 | 2.0 | 3.0 | 4,0 |
| UН, В | |||||||||
| KU=UН/ЕС |
4. При напряжении ЕС, соответствующем средине линейного участка амплитудной характеристики, снять зависимость напряжения на нагрузке от тока нагрузки, изменяя сопротивление RН от 100 кОм (режим, близкий к холостому ходу) до 20 Ом (режим, близкий к короткому замыканию). Результаты измерений занести в таблицу 11.
