Материал: Laboratorni_roboti_z_tverdotiloyi_elektroniki_new_format_Lyubiviy

Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет

Методичні вказівки

до лабораторних робіт

з курсу «Твердотіла електроніка»

для студентів напрямів підготовки

«Електронні пристрої та системи»

і «Мікро- та наноелектроніка»

усіх форм навчання

Суми

Сумський державний університет

Список умовних скорочень

ВАХ – вольт-амперна характеристика

БТ – біполярний транзистор

ЕП – емітерний перехід

КП – колекторний перехід

ПТКП – польовий транзистор з керувальним переходом

ЕРС – електрорушійна сила

– електрорушійна сила фотоструму

Загальні методичні вказівки

Лабораторні роботи з навчальної дисципліни «Твердотільна електроніка» сприяють поглибленню й закріпленню знань студентів, розвивають у них первинні навички досліджень.

Метою робіт є:

- експериментальна перевірка характеристик і параметрів напівпровідникових приладів, теорія яких вивчається на лекціях;

- набуття практичного інженерного досвіду.

Під час підготовки до лабораторних робіт студент повинен:

- вивчити лекційний матеріал згідно з контрольними запитаннями до даної лабораторної роботи;

- усвідомити мету й завдання експериментальних досліджень;

- продумати план і сподівані результати досліджень;

- накреслити в звіті з лабораторних робіт схему досліджень, таблиці, попередні розрахунки, тобто те, що не вимагає використання результатів експерименту.

Студент допускається до роботи лише в тому разі, якщо він виявив достатній рівень оволодіння теоретичним матеріалом під час колоквіуму, що проводиться на початку заняття.

Під час виконання лабораторної роботи студент повинен:

- обережно ставитися до лабораторних установок, вимірювальної апаратури, приладів, характеристики яких досліджуються;

- пильно виконувати вимоги техніки безпеки;

- вмикання джерел електроживлення здійснювати після того, як викладач (інженер лабораторії) перевірив правильність збирання схеми досліджень і дав дозвіл на подальше виконання роботи;

- експериментальні дослідження виконувати згідно з програмою, що міститься в описі даної лабораторної роботи;

- дослідні дані, одержані під час виконання роботи, порівнювати з даними теорії. В разі значного розходження теоретичних і дослідних даних повторити дослідження;

- заповнювати звіти у чистовику після перевірки викладачем результатів у чернетці.

Після закінчення лабораторної роботи студент повинен:

- вимкнути лабораторну установку, навести порядок на робочому місці й показати робоче місце інженерові лабораторії для перевірки його стану;

- здати викладачеві письмовий звіт із лабораторної роботи на перевірку.

Письмовий звіт із лабораторної роботи виконується в зошиті і має вміщувати в собі перелік елементів та приладів, що досліджуються; схеми досліджень, розрахункові формули й результати розрахунку, таблиці, графіки й аналіз результатів досліджень, висновки до роботи.

Звіт заповнюється акуратно ручкою. Графіки слід рисувати кольоровими олівцями (ручками), причому обов’язково відмічаються точки, за якими будували залежності, досліджувані величини та їх розмірності.

Робота вважається виконаною після її затвердження викладачем.

Правила техніки безпеки

1. Перед вмиканням лабораторної установки необхідно вивчити її конструкцію й особливості експлуатації, здійснити ретельний її огляд, перевірити правильність збирання схеми, надійність контактів в електричних колах і справність заземлення. Необхідно твердо знати розміщення елементів і контактів, на яких діє небезпечна для життя напруга.

Пам’ятайте, що напруга 24 В змінного струму та 50 В постійного струму небезпечні для життя людини.

2. Вмикання установки без дозволу викладача або інженера лабораторії суворо забороняється.

3. Перед вмиканням установки потрібно попередити товаришів по бригаді. У момент вмикання потенціометри 9 блоків живлення мають обов’язково бути в крайньому лівому положенні.

4. Під час вмикання установки й роботи на ній необхідно перебувати на діелектричних килимках.

5. Будь-які переключення, зміни сполучень елементів у схемах потрібно здійснювати лише при вимкнених джерелах живлення.

6. Під час роботи забороняється відключати розєми, заміняти запобіжники й здійснювати ремонт. Слідкувати, щоб у вихідному колі не було перевантажень, пов’язаних із різким збільшенням струму.

7. При виконанні настроювань необхідно користуватися інструментами з ізольованими ручками, а також, якщо можна, працювати однією рукою.

8. Не торкатися відкритими частинами тіла поверхонь реостатів і контактів, що проводять струм.

9. При ураженні будь-кого з оточуючих струмом необхідно вимкнути лабораторну установку або загальне електроживлення лабораторії, викликати лікаря й до його приходу робити потерпілому штучне дихання або масаж серця.

10. Додержуватися суворого порядку в лабораторії, виконувати всі правила техніки безпеки й вимагати того самого від товаришів. Пам’ятайте, що нехтування цими правилами може призвести до тяжких наслідків!

За зіпсування лабораторного обладнання винні несуть матеріальну відповідальність.

Опис лабораторної установки

Лабораторна установка, зовнішній вигляд якої показаний на рисунку 1, складається з комбінованого блока живлення, який містить у собі лівий блок живлення на 5 В і правий блок живлення на 50 В, стрілкових вимірювальних приладів 1, 2, 3, цифрового вольтметра 19 та комутаційної плати 18.

Робота лівого і правого блоків живлення і досліджуваної схеми контролюється вимірювальними приладами: вольтмет­рами 1, міліамперметрами 2, мікроамперметрами 3.

До вхідних гнізд вимірювальних приладів (рис. 1) підпаяні проводи:

- дроти 4 – до гнізд вольтметрів;

- дроти 5 – до гнізд міліамперметрів;

- дроти 6 – до гнізд мікроамперметрів.

Перемикачі опорів вимірювальних приладів:

- 7 – перемикачі додаткових опорів вольтметрів 1;

- 8 – перемикачі шунтових опорів міліамперметрів 2.

Потрібні вихідні напруги лівого і правого блоків живлення виставляються ручками потенціометрів 9 і знімаються з гнізд 10. Гнізда 11 з підпаяними до них проводами і перемикачі 12 на передній панелі зв’язані з дискретними опорами, які виконують функції обмежувальних опорів у схемах досліджень статичних характеристик напівпровідникових приладів.

Гнізда 20 – гнізда змінної напруги 10 В.

Тумблер 13 на передній панелі комбінованого блока служить для вимикання всієї установки.

При збиранні схеми дослідження електроди приладу, характеристики якого зніматимуться, підпаюють до контактів 14, 15, 16, 17 комутаційної плати 18. При цьому під час дослідження триелектродних напівпровідникових приладів використовують з’єднувальний провідник, що сполучає контакти 15 і 17 комутаційної плати.

Увага! Підпаювання електродів приладу, що досліджується, до контактів комутаційної плати виконують при вимкнутій установці.

Лабораторна робота 1

Дослідження випрямних напівпровідникових діодів та стабілітронів

Мета роботи  закріпити знання з теорії р-n  переходів, напівпровідникових діодів та стабілітронів, набути практичних навичок зняття вольт-амперних характеристик діодів та стабілітронів і застосування їх в електроніці.

Підготовка до роботи

1. Вивчити теоретичний матеріал із фізики р-n – переходу, з випрямних діодів та стабілітронів.

2. Накреслити в зошитах-звітах схеми для зняття прямої гілки (рис. 1.1) і зворотної гілки (рис. 1.2) вольт-амперної характеристики діодів, зворотної гілки вольт-амперної характеристики стабілітрона (рис. 1.3.), а також таблиці 1.1, 1.2, 1.3.

3. Ознайомитися зі запитаннями, що виносять на письмовий колоквіум перед лабораторною роботою.

Перелік контрольних запитань

1. Механізм власної, електронної, діркової провідності напівпровідників.

2. Що є причиною виникнення контактної різниці потенціалів у р-n - переході та від чого вона залежить?

3. Порівняльна характеристика ВАХ германієвого і кремнієвого діодів.

4. Універсальні (високочастотні) діоди. Особливості технології виготовлення.

5. Тунельний і обернений діоди, їх ВАХ і сфера використання.

6. Фізичні процеси в контактах «метал-напівпровідник».

7. Напівпровідникові стабілітрони. Їхні параметри і характеристики.

8. Схема і принцип дії стабілізатора на стабілітроні.

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися з розміщенням елементів лабораторної установки згідно з наведеним вище описом (рис. 1). З'ясувати послідовність збирання досліджуваних схем.

Рисунок 1.1 – Схема для зняття прямої гілки ВАХ діода

2. Впевнитися у працездатності діодів. Для цього амперво­льтомметр (тестер) потрібно виставити в режим вимірювання опору. Для прямого включення діода гніздо "+" необхідно з'єднати з анодом діода (згідно з позначкою на корпусі діода), а на катод діода подати негативний потенціал тестера. Діод можна вважати робочим, якщо його прямий опір становитиме кілька десятків Ом, а зворотній опір  кілька сотень кОм.

3. Зібрати схему (рис. 1.1) для зняття прямої гілки вольт-амперної характеристики напівпровідникового діода. Для цього застосувати кремнієвий діод Д 226 або його зарубіжний аналог, який слід підпаяти до лівої пари контактів 14, 15 комутаційної плати. Величину обмежувального опору вибрати в межах 62  620 Ом.

4. Максимальна пряма напруга (спад напруги) на кремнієвих діодах досягає значень 0,8 1 В.

Змінюючи напругу на діоді VD1 (положення перемикача 7 діапазонів вимірювання вольтметра V₁ =1 В), простежити зміну струму через діод. З цією метою зробити декілька замірів струму, змінюючи напругу кроком  В. Результати вимірювань занести до таблиці 1.1.

У разі, якщо максимальна пряма напруга буде менша, ніж 1 В, дискретність вимірювань треба зменшити (наприклад, ).