Задания на экспериментальные исследования и методические указания к ним

Задание 1. Снять по точкам статическую Вольтамперную характеристику (ВАХ) диода

1.1.Снять прямую ветвь ВАХ диода на основе кремния (1N914). Для ее измерения собрать схему (рис.3.1).

Табл.1

Iпр(mA)
Uпр(В)

Табл.2

Iобр(мкА)
Uобр(В)

Последовательно устанавливая значения прямого тока Iпр диода, задаваемого током источника тока, равным: 0 – 10мА, запишите значения напряжения Unp и тока Iпр диода в табл.1.

1.2. Снять обратную ветвь ВАХ диода на основе кремния (1N914). Собрать схему (рис.3.2). Переверните диод. Последовательно устанавливая ЭДС источника равными 0 – 50 В, запишите значения тока I_обр и напряжения U_обр в табл.2.

1.3. По полученным данным постройте графики I_пр(U_np) и I_обр(U_обр).

1.4. Рассчитать дифференциальное сопротивление диода по графику прямой ветви ВАХ по формуле R_диф= ∆U/∆I│_Iпр=const , при Iпр = 8 мА. Проделайте ту же процедуру для Iпр = 4 мА, Iпр = 2 мА и Iпр =0.5 мА. Результаты расчетов запишите в отчет: R_диф= ∆U/∆I│_Iпр=8мА=__. Построить график зависимости R_диф= f(Iпр).

1.5. Вычислите статическое сопротивление диода на постоянном токе по формуле R_cтат= U₀/I₀ при I₀ = 8 мА и занесите результат в отчет.

1.6. Вычислить дифференциальное сопротивление диода при обратном напряжении 5, 10В и запишите результаты в отчет.

1.7. Исследовать статическую ВАХ диода на основе германия. Повторить пункты 1.1 – 1.6 для диода mbrd835.

Задание 2. Снять статическую вольтамперную характеристику (ВАХ) диода используя осциллограф

Это наиболее быстрый и удобный способ исследования ВАХ, непосредственно наблюдая ее на экране осциллографа.

2.1. Собрать схему, приведенную на рис.3.3.

2.2. Получить на экране осциллографа изображение ВАХ. Для этого: на выходе генератора установить треугольный сигнал с амплитудой 10В, частотой 10Гц и скважностью 50% .

Осциллограф поставить в режим В/А. При таком подключении координата точки луча по горизонтальной оси осциллографа будет пропорциональна напряжению, подаваемому на А-вход, а по вертикальной – току через диод. Поскольку напряжение в вольтах на резисторе 1 Ом численно равно току через диод в амперах (I=U/R=U/1=U), по вертикальной оси можно непосредственно считывать значения тока. Это и позволит получить вольтамперную характеристику непосредственно на экране осциллографа. Таким образом, ток и напряжение в каждой точке ВАХ вычисляются из соотношений: I = Y K_y.канВ , U= X K_y.канА , где Y, X&nb– координата точки луча, в делениях шкалы осциллографа; K_y.канА , K_y.канВ – масштабные множители осциллографа по оси Y каналов А и В, причем в размерности множителя канала В K_y.канВ 1мВ соответствует 1мА.

Подобрать значения K_y.канА , K_y.канВ так, чтобы луч не выходил за пределы экрана, а изображение ВАХ было по возможности максимальным. Осевые линии на сетке экрана совпадают с осями ВАХ.

2.3. Снять статическую ВАХ диода в режиме большого сигнала, когда амплитуда сигнала превышает максимальное допустимое обратное напряжение т.е. Um>|Uобр.max|.

Установить на выходе генератора треугольный сигнал с амплитудой 40В, смещением –10В, частотой 1Гц и получить на экране осциллографа изображение ВАХ (рис.3.4.).

Рис.3.4.

Зарисовать в отчет статическую ВАХ с нанесением по осям координат масштабов соответствующих значениям токов и напряжений. Определить максимальное допустимое обратное напряжение (Uобр.max=__).

2.4. Снять статическую ВАХ диода на основе германия mbrd835 в режиме малого сигнала. Установить на выходе генератора треугольный сигнал с амплитудой 5В, смещением 0В, частотой 1Гц и получить на экране осциллографа изображение ВАХ (рис.3.5.).

Рис.3.5.

Обратите внимание на изгиб ВАХ. Измерьте и запишите в отчет величину напряжения изгиба для диода на основе германия mbrd835 (U_изг.Ge=__ ). Напряжение изгиба определяется из вольтамперной характеристики диода, смещенного в прямом направлении, для точки, где характеристика претерпевает резкий излом.

Рис.3.6.

Повторить задание для диода (рис.3.6) на основе кремния 1N914 (U_изг.Si=__).

Рис.3.7.

2.5. Исследовать начальный участок обратной ветви ВАХ диодов на основе Ge и Si по схеме на рис.3.7. Установить на выходе генератора треугольный сигнал с амплитудой 5В, смещением 0В, частотой 1Гц и получить на экране осциллографа изображение ВАХ.

Измерить величины обратных токов (I_обр_{. Ge} =__ , I_обр_{. Si}=__).

Задание 3. Исследовать статическую вах стабилитрона

Рис.3.8.

3.1. Собрать схему (рис. 3.8.). Установить на выходе генераторa треугольный сигнал с амплитудой 25В, смещением –10В, частотой 1Гц и получить на экране осциллографа изображение ВАХ

3.2. Зарисовать в отчет статическую ВАХ с нанесением по осям координат масштабов соответствующих значениям токов и напряжений. Показать на ВАХ рабочий участок и определить напряжение стабилизации (U_ст=__). Для получения более детального изображения ВАХ на экране осциллограф перевести в режим увеличенного экрана –Expand.

3.3. Рассчитать дифференциальное сопротивление стабилитрона (R_диф=__) на середине рабочего участка.

Задание 4. Исследовать работу параметрического стабилизатора напряжения (рис.3.9.)

4.1. собрать схему для исследования параметрического стабилизатора напряжения (рис.3.10.).

4.2. Измерить напряжение V2 на выходе схемы и токи во всех ветвях A1, A2, A3 при различных сопротивлениях нагрузки Rn. Результаты измерений занести в таблицу 3.

Таблица 3.

Rn(кОм)	∞	0,5	0,3	0,1
V2(B)
а1(мА)
А2(мА)
А3(мА)

4.3. Построить нагрузочную характеристику U_вых=F(Rn). Определить интервал значений сопротивлений Rn при которых схема успешно стабилизирует выходное напряжение.

Задание 5. Исследовать работу выпрямителя

Рис.3.11.

5.1. Собрать схему (рис.3.11)однополупериодного выпрямителя.

Зарисовать временные диаграммы:1. Входного напряжения; 2. Выходного напряжения; 3. Напряжения на диоде (как разницу входного и выходного).

Обьяснить процесс однополупериодного выпрямления.

Рис.3.12.

5.2. Собрать схему (рис.3.12) двухполупериодного выпрямителя.

Зарисовать временные диаграммы:1. Входного напряжения; 2. Выходного напряжения.

Показать на схеме направления токов протекающие в положительный и отрицательный полупериоды через сопротивление нагрузки.

Указания к отчёту

Отчет должен содержать:

название работы, ф.и.о. студента и номер группы;
схемы измерений;
таблицы экспериментальных данных и графики ВАХ диодов: кремниего, германиего, и отдельно стабилитрона.

Вопросы для самоконтроля

1. Как возникает р-n переход при идеальном контакте полупроводников с разным типом электропроводности.

2. Нарисовать схему и объяснить способ снятия ВАХ диодов с помощью амперметра и вольтметра.

3. Нарисовать схему и объяснить способ снятия ВАХ диодов с помощью осциллографа.

4. Объяснить работу р-n перехода при прямом и обратном включении.

5. Чем отличаются ВАХ идеального р-n перехода и реального диода.

6. Дать определение дифференциального сопротивления диода и объяснить графически способ его определения.

7. Записать уравнение ВАХ выпрямительного диода, график ВАХ и его пояснение.

8. Нарисовать ВАХ стабилитрона и определить рабочий участок ВАХ при стабилизации напряжения.

9. Почему величина барьерной емкости зависит от приложенного напряжения?

10. Какова физическая природа диффузионной емкости р-п перехода?

11. Перечислить основные параметры диодов.

12. Нарисовать схему и объяснить работу однополупериодного выпрямителя.

13. Нарисовать схему и объяснить работу двухполупериодного выпрямителя.

14. Объяснить работу параметрического стабилизатора постоянного напряжения.

Список литературы

1. Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники. М.: Высшая школа, 1988, с.167-174, с.418-428.

2. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.: Энергия, 1967.с.58-141.

3. Жеребцов И.П. Основы электроники. Л.: Энергоатомиздат, 1990. с.31-58.

4. Бочаров Л.Н. Электронные приборы. М: Энергия, 1979. с.48-87.

⇐ Предыдущая 12