Физические основы электроники. Лабораторные работы 1-3. Все варианты (Вариант № 03). 3 курс, 6 семестр. Изучить устройство полупроводникового диода, физические процессы, происходящие в нем, характеристики, параметры, а также типы и применение полупровод

Лабораторная работа No 1
1 . Цель работы

Изучить устройство полупроводникового диода, физические процессы, происходящие в нем, характеристики, параметры, а также типы и применение полупроводниковых диодов.

2. Подготовка к работе

2.1 Изучить следующие вопросы курса:
2.1.1 Электрические свойства полупроводников. Собственные и примесные полупроводники.
2.1.2 Электронно-дырочный переход, его характеристики и параметры. Прямое и обратное включение p-n перехода.
2.1.3 Вольтамперные характеристики и параметры полупроводниковых диодов, выполненных из различных материалов.
2.1.4 Влияние температуры на характеристики и параметры диодов.
2.1.5 Типы полупроводниковых диодов, особенности их устройства, работы и характеристики. Применение.

3. Литература

1. Игнатов А.Н., Калинин С.В., Савиных В.Л. Основы электроники, - СибГУТИ, Новосибирск, 2005, стр. 119-121.
2. Савиных В.Л. Физические основы электроники. – Сиб ГУТИ, Новосибирск, 2002. Электронная версия.
3. Справочники по полупроводниковым диодам.
4. Порядок проведения лабораторной работы
4.1. Снятие вольтамперной характеристики при прямом включении германиевого диода марки Д7Ж (рисунок 1.1). Результаты сведены в таблицу 1.1а.
Таблица 1.1а - Диод D7Ж
UПР, В 0 0,2... ... ......
 0,427 0,442 ... ..... ..... ..... .....
IПР, мА 0 1 2 3 4 5 6 7 8
По ВАХ D7Ж рассчитываем и заносим результаты в таблицу 1.3:
• Статическое сопротивление при прямом включении:
Ом;
• Дифференциальное сопротивление при прямом включении (приращение ± 3 мА):
Ом.


Рисунок 1.1 – Снятие прямой ветви ВАХ диода Д7Д
4.2. Снятие вольтамперной характеристики при прямом включении кремниевого диода марки Д220 (рисунок 1.2). Результаты сведены в таблицу 1.1б.
Таблица 1.1б - Диод D220
UПР, В 0 0,569 0,61 0,63 0,645 0,655 0,67 0,681 0,686
IПР, мА 0 1 2 3 4 5 6 7 8

По ВАХ Д220 рассчитываем и заносим результаты в таблицу 1.3:
• Статическое сопротивление при прямом включении:
Ом;
• Дифференциальное сопротивление при прямом включении (приращение ± 3 мА):
Ом.
4.3. Исследование вольтамперную характеристику диода при обратном включении Д7Ж (рисунок 1.3). Результаты сведены в таблицу 1.2а.
Таблица 1.2а - Диод D7Ж
UОБР, В 0 -1 -2 -3 -4 -5
IОБР, мкА 0 -3,125 -3,398 -3,489 -3,621 -3,738

Рисунок 1.2 – Снятие прямой ветви ВАХ диода Д220

Рисунок 1.3 – Снятие обратной ветви ВАХ диода Д7Д
По ВАХ D7Ж рассчитываем и заносим результаты в таблицу 1.3:
• Статическое сопротивление при обратном включении:
;
• Дифференциальное сопротивление при обратном включении (приращение ± 1 В): .

4.4. Исследование стабилитрона Д814А при обратном включении приведено на рисунке 1.4. Результаты измерений сведены в таблицу 1.2б.

Таблица 1.2в- Стабилитрон Д 814А
UСТ, В 0 -2 -4 .... .... ..... ..... ... ..... .... ..


 4.5. Исследование однополупериодного выпрямителя на германиевом диоде для значений переменного напряжения 2 В и 8 В приведены на рисунках 1.5, 1.6.

Рисунок 1.4 – Схема для измерения стабилитрона Д814А



Рисунок 1.5 – Исследование однополупериодного выпрямителя
при амплитуде на входе 2 В


Рисунок 1.6 – Исследование однополупериодного выпрямителя
при амплитуде на входе 8 В

Лабораторная работа No 2
1. Цель работы
Ознакомиться с устройством и принципом действия биполярного транзистора (БТ). Изучить его вольтамперные характеристики в схемах включения с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ).

2. Отчет о работе
2.1. Исследовать БТ для схемы с ОБ.
Принципиальная схема для транзистора структуры n-p-n для исследования входных и выходных характеристик с ОБ приведена на рис. 2.1.
2.1.1. Снять две входные характеристики транзистора IЭ = f(UЭБ) при UКБ = 0 UКБ = 8В (график 1). Результаты измерений занести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1. Транзистор МП37А.
UКБ, В IЭ, мА 0,1 1 2 4 6 8
0 UЭБ, В 0 0,22 0,28 0,35 0,42 0,5
8 UЭБ, В 0 0,15 0,18 0,2 0,22 0,24

2.1.2. Снять три выходные характеристики транзистора IК = f(UКБ). Первую для IЭ = 0, вторую для IЭ = 2 мА и третью для IЭ = 5 мА (график 2). Результаты измерений занести в таблицу 2.2.

Таблица 2.2. Транзистор МП37А.
IЭ, мА UКБ, В 0 0,5 1 2 5 8
0 IКБ0, мкА 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
2 IК, мА 2,1 2,1 2,1 2,1 2,1 2,1
5 IК, мА 5,1 5,1 5,1 5,1 5,1 5,1


2.2. Исследовать БТ для схемы с ОЭ.
Принципиальная схема для транзистора структуры n-p-n при исследовании с ОЭ приведена на рис. 2.2.
2.2.1. Снять две входные характеристики IБ = f(UБЭ): одну при UКЭ = 0, вторую при UКЭ = 5 В (график 4). Результаты измерений занести в таблицу 2.3.

Таблица 2.3. Транзистор МП37А.
UКЭ, В IБ, мкА 0 50 100 150 200 250 300
0 UБЭ, В 0 0,08 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15
5 UБЭ, В 0,08 0,16 0,18 0,2 0,21 0,22 0,24

2.2.2. Снять семейство из 6 выходных характеристик IК = f(UКЭ) при токах базы, указанных в таблице 2.4, включая IБ = 0 (график 5). Особое внимание обратить на участок характеристик в режиме насыщения, т. е. UКЭ = 0 - 1 В, а так же не превосходить мощность рассеивания на коллекторе (UКЭ∙IК = РК<РК max = 150 мВт). Результаты измерений заносятся в таблицу 2.4.

Таблица 2.4. Транзистор МП37А.
IБ, мкА UКЭ, В 0,1 0,2 0,5 1 2 3
0 IКЭ0, мкА 150 200 200 200 200 200
50 IК, мА 1,1 1,2 1,3 1,4 1,4 1,5
100 IК, мА 2,0 2,2 2,8 2,9 3,0 3,1
150 IК, мА 2,0 4,0 4,6 4,8 4,9 5,0
200 IК, мА 2,0 5,0 6,5 6,6 6,8 6,9
250 IК, мА 2,0 6,0 8,4 8,5 8,6 8,8


2.3. Исследовать работу усилителя.
Схема исследования усилителя на БТ приведена на рис. 2.3.
Режим работы транзистора определяется уровнем напряжения источника смещения ECM. Режим работы при подаче постоянных напряжений и в отсутствие на его входе Um напряжения электрического сигнала, который требуется усилить, называется режимом покоя.
Рабочая точка на IК = f(UКЭ) двигается по нагрузочной прямой АВ относительно точки покоя P. По ее перемещению строим IК = f(t) и UК = f(t), UВЫХ оказывается сдвинутым на 180 0 от UВХ, т. е. не только усиливает, но и инвертирует входной сигнал (осциллограмма 1).
При смещении точки рабочей P на характеристике и подав на вход сигнал с такой же амплитудой, мы выйдем за пределы прямолинейного участка АВ. Работа усилителя на биполярном транзисторе ограничена в двух точках: в точке В - в режим отсечки (осциллограмма 2), а в точке А транзистор входит в режим насыщения (осциллограмма 3).

Лабораторная работа No 3
Цель работы:
Изучить принцип действия, характеристики и параметры полевых транзисторов (ПТ).

Отчет по работе:
Исследование статических характеристик и параметров полевых транзисторов.
а) Схема для снятия статической передаточной вольтамперной характеристики полевого транзистора приведена на рис.3.1.
Устанавливаем постоянное напряжение UСИ=10В. Плавно изменяя напряжение на затворе от UЗИ=0В до UЗИ=-0,6В, получаем на осциллографе график IC=f(UЗИ).

Полученные в ходе эксперимента значения сводим в таблицу 3.1

Рис.3.1 Схема для снятия статической передаточной вольтамперной характеристики полевого транзистора.

Таблица 3.1
UЗИ,В -0,010 -0,045 -0,101 -0,162 -0,223 -0,299 -0,360 -0,411 -0,441 -0,457 -0,604
IС,мА 0,64 0,54 0,42 0,30 0,20 0,10 0,05 0,03 0,02 0,01 0,01

По графику передаточной характеристики определяем значение напряжения отсечки UЗИ0=-0,457В (значение напряжения на затворе, при котором ток стока IC снизился до 0,1мкА)
Снятая с осциллографа передаточная вольтамперная характеристика представлена на рисунке 3.2.

Рис.3.2 График передаточной вольтамперной характеристики
б) Схема для снятия семейства выходных вольтамперных характеристик транзистора представлена на рисунке.3.3.
Характеристики снимаем при четырех значениях напряжения на затворе:
1)при UЗИ=0В;
2)при UЗИ=0,2∙UЗИ0=0,091В;
3)при UЗИ=0,4∙UЗИ0=0,183В;
4)при UЗИ=0,6∙UЗИ0=0,274В.
Результаты измерений сводим в таблицу 3.2.



Рис.3.3 Схема для снятия семейства выходных вольтамперных характеристик полевого транзистора




Таблица 3.2.
UЗИ0 UСИ,В 0,06 0,20 0,49 0,96 2,02 3,07 4,00 5,06 6,01 6,99
....
Снятые с осциллографа выходные вольтамперные характеристики представлены на рисунке 3.4.
Рис.3.4 Графики выходных вольтамперных характеристик.
По графику, представленному на рисунке 3.4, определяем крутизну передаточной вольтамперной характеристики при напряжении UЗИ=0В и UЗИ=0,5∙UЗИ0= 0,228В.
Для определения S0 на участке характеристики вблизи точки UЗИ=0В зададимся приращением напряжения на затворе dUЗИ(S0)=0,02B. Этому значению соответствует приращение тока стока dIC(S0)=0,065мА.
Крутизну характеристики определяем по формуле (1)

Для определения S1 на участке характеристики вблизи точки UЗИ=0,5∙UЗИ0= 0,228В зададимся приращением напряжения на затворе dUЗИ(S1)=0,03B. Этому значению соответствует приращение тока стока dIC(S1)=ххххмА.
Крутизну характеристики определяем по формуле (1)


в) Схема для исследования усилителя на базе полевого транзистора приведена на рис.3.5.

Рис.3.5 Схема для исследования усилителя на базе полевого транзистора
Осциллограммы работы усилителя в режиме без искажения входного сигнала на выходе приведены на рисунке 3.6, с искажением – на рисунке 3.7.



Рис.3.6 Осциллограммы работы усилителя в режиме без искажения входного сигнала на выходе приведены.



Рис.3.7 Осциллограммы работы усилителя в режиме с искажением входного сигнала на выходе.
На осциллограммах (рис.3.6.) видим, что при напряжениях смещения в диапазоне от +хххххВ до +0хххх входной сигнал практически не искажается на выходе. При смещении рабочей точки усилителя в область токов насыщения или отсечки, входной сигнал искажается (рис.3.7).

Уважаемый студент дистанционного обучения,
Оценена Ваша работа по предмету: Физические основы электроники
Вид работы: Лабораторная работа 1
Оценка:Зачет
Дата оценки: хх.хх.2020
Рецензия:Уважаемый Хххх Ххххх Ххх, Ваша работа зачтена.

Савиных Валерий Леонидович

Уважаемый студент дистанционного обучения,
Оценена Ваша работа по предмету: Физические основы электроники
Вид работы: Лабораторная работа 2
Оценка:Зачет
Дата оценки: хх.хх.2020
Рецензия:Уважаемый Хххх Хххх Хх, Ваша работа зачтена.

Савиных Валерий Леонидович

Уважаемый студент дистанционного обучения,
Оценена Ваша работа по предмету: Физические основы электроники
Вид работы: Лабораторная работа 3
Оценка:Зачет
Дата оценки: хх.хх.2020
Рецензия:Уважаемый Хххх Ххххх Х, Ваша работа зачтена.

Савиных Валерий Леонидович