К выполнению лабораторных работ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К выполнению лабораторных работ
по дисциплинам «Электротехника и электроника» часть III
для студентов специальностей и направлений:
230201 (071900) Информационные системы и технологии,
230200.62 «Информационные системы»,
200503 (072000) Стандартизация и сертификация,
200500.62 «Метрология, стандартизация и сертификация»,
280103 (330600) «Защита в чрезвычайных ситуациях»,
260601.65(170600) «Машины и аппараты пищевых производств»
Ставрополь
Методические указания к выполнению лабораторных работ составлены в соответствии с требованиями ГОСВПО, программ дисциплины «Электротехника и электроника» для студентов специальностей и направлений: 230201 (071900) «Информационные системы и технологии», 230200.62 «Информационные системы», 200503 (072000) «Стандартизация и сертификация», 200500.62 «Метрология, стандартизация и сертификация», 280103 (330600) «Защита в чрезвычайных ситуациях», 260601.65(170600) «Машины и аппараты пищевых производств».
Методические указания включают в себя методику и порядок выполнения лабораторных работ, указания по технике безопасности и перечень вопросов для защиты работ.
Составители:
М. И. Данилов, М. С. Демин, О. Р. Киркоров, Ю. А. Ларионов, Т.Ф. Морозова, И. Г. Романенко, С. С. Ястребов
Рецензент: А. И. Гринь
Содержание
| Лабораторная работа 9. Исследование полупроводниковых элементов | |
| Лабораторная работа 10. Исследование усилителя напряжения на биполярном транзисторе | |
| Лабораторная работа 11 . Исследование операционного усилителя | |
| Лабораторная работа 12. | |
| Список рекомендуемой литературы |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9
ИССЛЕДОВВНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Цель и содержание
Цель работы:Снятие и анализ вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов, стабилитронов, тиристоров и определение их параметров. Исследование работы полупроводниковых выпрямителей.
Содержание работы:
1. Исследование вольтамперной характеристики (ВАХ) выпрямительного полупроводникового диода.
2. Исследование ВАХ полупроводникового стабилитрона.
3. Исследование работы полупроводниковых выпрямителей.
Теоретическое обоснование
Полупроводниковый прибор, который имеет два электрода (два вывода от р и n – областей) и один p-n-переход, называется диодом.
В n-проводящем слое в качестве свободных носителей заряда преобладают электроны, а в р-проводящем слое – дырки. Существующий между этими слоями р-n переход имеет внутренний потенциальный барьер, препятствующий соединению свободных носителей заряда. Таким образом, диод блокирован.
Путем прикладывания внешнего напряжения эффект блокирования можно увеличить или уменьшить. Полупроводниковый диод проводит ток в одном направлении и не проводит в другом.
Все полупроводниковые диоды можно разделить на две группы: выпрямительные и специальные. Выпрямительные диоды, как следует из самого названия, предназначены для выпрямления переменного тока. В зависимости от частоты и формы выпрямляемого тока они делятся на низкочастотные, высокочастотные и импульсные. Специальные типы полупроводниковых диодов используют различные свойства p-n-переходов, например явление пробоя, фотоэффект, наличие участков с отрицательным сопротивлением и другие. Специальные полупроводниковые диоды находят, в частности, применение для стабилизации постоянного напряжения, регистрации оптического излучения, формирования электрических сигналов и т. д.
1 Выпрямительный диод
Выпрямительные диоды, в которых используется основное свойство р-n - перехода – его односторонняя электропроводность, применяют главным образом для выпрямления переменного тока.
Выпрямительные полупроводниковые диоды изготавливаются, как правило, из кремния, германия или арсенида галлия. Классифицировать выпрямительные полупроводниковые диоды можно по конструкции и технологии изготовления. В зависимости от конструкции, диоды делятся на плоскостные и точечные, а от технологии изготовления – на сплавные, диффузионные и эпитаксиальные.
Плоскостные диоды имеют большую площадь p-n-перехода и используются для выпрямления больших токов (до 30 А). Точечные диоды имеют малую площадь p-n-перехода и, соответственно, предназначены для выпрямления малых токов (до 30 мА).
Обычно выпрямительный полупроводниковый диод нормально работает при напряжениях, лежащих в диапазоне до 1000 В. При необходимости увеличения выпрямляемого напряжения используются выпрямительные столбы, состоящие из ряда последовательно включенных диодов, в этом случае выпрямляемое напряжение удается повысить до 15 000 В.
Предназначенные для выпрямления больших токов выпрямительные полупроводниковые диоды большой мощности называют силовыми, позволяющими выпрямлять токи до 30 А. Материалом для таких диодов обычно служит кремний или арсенид галлия, т. к. германий характеризуется сильной зависимостью обратного тока через p-n-переход от температуры.
Сплавные диоды чаще всего используются для выпрямления переменного тока с частотой до 5 кГц и изготавливаются из кремния. Кремниевые диффузионные диоды могут работать на повышенной частоте до 100 кГц. Кремниевые эпитаксиальные диоды с металлической подложкой (с барьером Шоттки) могут использоваться на частотах до 500 кГц. Наилучшими частотными характеристиками обладают арсенидгаллиевые выпрямительные диоды, способные работать в диапазоне частот до нескольких мегагерц.
Основные характеристики полупроводникового диода можно получить, анализируя его ВАХ. При исследовании ВАХ следует принимать во внимание, что зависимость тока I через p-n-переход от падения напряжения U нa переходе описывается уравнением Эберса-Молла:
 | (1) |
где Is - обратный ток насыщения диода, а jТ - тепловой потенциал.
Поскольку для полупроводниковых материалов при Т = 300 К тепловой потенциал jт= 25 мВ, то уже при U = 0,1 В можно пользоваться упрощенной формулой:
 | (2) |
Важным параметром, характеризующим свойства диода, является дифференциальное сопротивление p-n-перехода, равное отношению приращения падения напряжения на диоде к приращению тока через диод:
 | (3) |
Дифференциальное сопротивление можно вычислить, используя выражения (1.2) и (1.3), а именно: 
или
(1.4)
При протекании большого тока (в зависимости от типа диода этот ток может быть от единиц до десятков миллиампер) через p-n-переход в объеме полупроводника падает значительное напряжение, пренебрегать которым нельзя. В этом случае уравнение Эберса-Молла приобретает вид:
(1.5)
где R - сопротивление объема полупроводникового кристалла, которое называют последовательным сопротивлением.
На рис. 1а приведено условное графическое обозначение полупроводникового диода на электрических схемах, его структура – на рис. 1б. Электрод диода, подключенный к области p, называют анодом, а электрод, подключенный к области n, – катодом. Статическая вольтамперная характеристика диода показана на рис. 1 в.
Рисунок 1 – Условное обозначение (а), структура (б) и
статическая вольтамперная характеристика (в) полупроводникового диода
2 Стабилитрон
Стабилитрон – это полупроводниковый диод, p-n-переход которого работает в режиме лавинного пробоя. Такой режим возникает при смещении р-n-перехода в обратном направлении. В режиме лавинного пробоя в широком диапазоне изменения тока через диод падение напряжения на нем остается практически неизменным. На рис. 1.2 (а, б) показано схематическое изображение стабилитронов, а на рис. 1.2в приведена типовая ВАХ.
Рис. 1.2. Схематическое изображение стабилитронов (а - односторонний, б - двухсторонний) и их ВАХ (в). UCT - напряжение стабилизации
Лавинный ток для типового маломощного кремниевого стабилитрона составляет примерно 10 мА, поэтому для ограничения тока через стабилитрон последовательно с ним включают ограничительное сопротивление RБ (рис. 1.3а). Если лавинный ток таков, что мощность, рассеиваемая на стабилитроне, не превышает предельно допустимого значения, то в таком режиме прибор может работать неограниченно долго. Для большинства стабилитронов предельно допустимая рассеиваемая мощность составляет от 100 мВт до 8 Вт.
Рис. 1.3. Схема включения стабилитрона (а) и стабистора (б):
RБ - балластный резистор, Uвх - входное напряжение,
UСТ- стабилизированное напряжение
Иногда для стабилизации напряжения используют тот факт, что прямое падение напряжения на диоде слабо зависит от силы протекающего через p-n-переход тока. Приборы, в которых используется этот эффект, в отличие от стабилитронов называются стабисторами. В области прямого смещения падение напряжения на р-n-переходе составляет, как правило, 0,7-2 В, поэтому стабисторы позволяют стабилизировать только малые напряжения (не более 2 В). Для ограничения тока через стабистор последовательно с ним также включают сопротивление RБ (рис. 1.36).
Дифференциальное сопротивление стабилитрона – это параметр, который характеризует наклон его вольтамперной характеристики в области пробоя:
(1.6)
На рис. 1.4 показан линеаризованный участок ВАХ стабилитрона, который позволяет определить дифференциальное сопротивление прибора.
3 Полупроводниковые выпрямители
Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное. Основное назначение выпрямителей заключается в сохранении направления тока в нагрузке при изменении полярности напряжения, приложенного ко входу выпрямителя. Существуют разновидности полупроводниковых выпрямителей, отличающиеся количеством диодов и схемой их включения. Ниже рассмотрены некоторые из этих схем.
Схема однофазного однополупериодного выпрямителя приведена на рис. 1.5.
Однофазный однополупериодный выпрямитель пропускает на выход только одну полуволну питающего напряжения (рис. 1.6). Среднее значение напряжения на выходе такого выпрямителя вычисляется по формуле:
(1.7)
| Рис. 1.4. Линеаризованная характеристика стабилитрона | Рис. 1.5. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя: С Тр – трансформатор; RH – сопротивление нагрузки; u1 , u2 – напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора; uн – напряжение на нагрузке |
где Um - амплитуда напряжения на вторичной обмотке трансформатора; Т - период входного напряжения; w- круговая частота сигнала, w = 2p/Т.
Рис. 1.6. Форма напряжений на входе (а) и выходе (б) однофазного однополупериодного выпрямителя
Период сигнала на выходе однополупериодного выпрямителя равен периоду входного сигнала. Максимальное обратное напряжение на диоде равно максимуму входного напряжения:
(1.8)
На рис. 1.7 приведена схема двухфазного двухполупериодного выпрямителя.
По сути, она представляет собой два параллельно соединенных однофазных выпрямителя, которые питаются от двух половин вторичной обмотки трансформатора. В результате создаются два противофазных питающих выпрямителя напряжения. Форма напряжения на выходе такого выпрямителя приведена на рис. 1.8.
Рис. 1.7. Схема двухполупериодного выпрямителя: u2', u2" - напряжения на вторичных обмотках (u2' = u2")
Рис. 1.8. Форма напряжений на входе (а) и выходе (б) двухфазного двухполупериодного выпрямителя
Двухфазный двухполупериодный выпрямитель характеризуется хорошим использованием трансформатора. Среднее значение напряжения на выходе выпрямителя вычисляется по формуле:
(1.9)
Период сигнала на выходе двухполупериодного выпрямителя в два раза меньше, чем у однополупериодного. Максимальное обратное напряжение на каждом диоде равно разности максимального значения напряжения на вторичной обмотке (сумма напряжений на двух полуобмотках 
) и прямого падения напряжения на диоде Unp:
(1.10)
Наиболее широкое практическое распространение получил однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель, схема которого приведена на рис. 1.9.
Рис. 1.9. Схема однофазного мостового выпрямителя
Форма напряжений на входе и выходе мостового выпрямителя, а также среднее значение выходного напряжения UBbIX такие же, как и для двухфазного двухполупериодного выпрямителя. Максимальное обратное напряжение Umaх для мостового выпрямителя равно напряжению на вторичной обмотке трансформатора.
Мостовой выпрямитель в отличие от двухфазного двухполупериодного может работать без трансформатора. К недостаткам мостовой схемы относится удвоенное число выпрямительных диодов.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 10
ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА
БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ
Цель и содержание
Цель работы: Изучение принципа действия и определение основных параметром усилителя напряжения на биполярном транзисторе, включенного по схеме с общим эмиттером.
Содержание работы:
1. Изучить принцип действия усилителя напряжения на биполярном транзисторе, включенным по схеме с общим эмиттером.
2. Экспериментально провести расчет элементов схемы усилителя и определить ее основные параметры.
Теоретическое обоснование
Каскады усилителей напряжения чаще всего выполняют на транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером (ОЭ) – рисунок 1, так как при этом получают наибольшее усиление сигнала по мощности (по сравнению с двумя другими схемами включения транзистора – с общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК)). Рабочую точку усилительного каскада выбирают в зависимости от параметров, которыми должен обладать усилитель. Основными требованиями, предъявляемыми к каскаду, являются: максимальное усиление по напряжению; минимальные частотные и нелинейные искажения; высокая экономичность; температурная стабильность.
Одновременно выполнить все эти требования невозможно. Так, при большом усилении снижается устойчивость работы усилителя, который легко возбуждается, превращаясь в генератор, и нарушается его нормальное функционирование. Увеличение температурной стабильности обязательно сопровождается снижением усиления и КПД.
Рисунок 1 – Усилительный каскад на транзисторе по схеме с ОЭ
В данной работе исследуется усилитель, к которому предъявляют требования минимальных искажений усиливаемого сигнала при максимальном использовании возможностей транзистора. Рабочую точку такого каскада выбирают в определенной последовательности:
1. На семействе выходных характеристик транзистора (рисунок 2а) строят линию нагрузки «БВ», исходя из следующих условий:
 или  | (1) |
Выполнение неравенства (1) необходимо потому, что коллекторный ток насыщенного транзистора должен быть меньше максимально допустимого тока 
. Коэффициент «0,8» гарантирует выполнение этого неравенства при разбросе сопротивления резистора RК и нестабильности источника питания EK. Выполнение неравенства (2) обеспечивает надежную работу транзистора в режиме отсечки или при обрыве цепи резистора R1, когда напряжение на коллекторе транзистора поднимается до значения EK.
Рисунок 2 – Выходные (а) и входные (б) характеристики транзистора
Рабочая точка каскада «А» (Р.т) выбирается посередине рабочего участка линии нагрузки «БВ» и характеризуется тремя параметрами: токами 
и 
, напряжением 
. Затем ее переносят на входную характеристику транзистора, снятую при 
, и по найденному значению определяют напряжение 
(рисунок 2, б).
Входной сигнал (его ток IБ~ и напряжение UБЭ~) вызывает появление переменных составляющих тока коллектора IК~ и напряжения на коллекторе UKЭ~=IK~ * RК (рисунок 1). Эмиттерный резистор RЭ из цепи переменного тока исключен, так как шунтируется малым сопротивлением конденсатора СЭ.
Рассчитаем коэффициент усиления по напряжению КU каскада. Напряжение входного сигнала UВХ генератора «G» поступает через разделительный конденсатор С1 на базу транзистора VT1 и вызывает три тока. Два из них, проходящие через резисторы R1 и R2 делителя, бесполезны, а третий, IБ~, проходит в цепи базы транзистора и управляет его токами. Входным сопротивлением каскада для генератора «G», обладающего внутренним сопротивлением RI, являются параллельно включенные резисторы базового делителя R1||R2 и входное сопротивление RВХ транзистора, т.е.:
(3)
Обычно сопротивления резисторов R1 и R2 значительно больше входного сопротивления h1IЭ транзистора, поэтому формулу (3) можно упростить:
(4)
Цепь генератора входного сигнала «G», которым может быть каскад предварительного усиления, аналогичный рассматриваемому, представляет собой последовательно включенные внутреннее сопротивление RI генератора и входное сопротивление RВХ каскада.
Согласно формуле (4):
,
так как переменными токами, проходящими через резисторы R1 и R2 от генератора «G» ввиду их малости можно пренебречь. Отсюда переменная составляющая тока коллектора:
,
а напряжение на коллекторе, представляющее собой выходное напряжение, определяется как
.
Тогда коэффициент усиления по напряжению:
Этот параметр усилителя зависит от частоты и амплитуды усиливаемого сигнала. Это объясняется тем, что с понижением частоты падения напряжения на конденсаторах С1 и С2 под действием входного и выходного токов каскада увеличиваются и представляют собой потери напряжения сигнала, а конденсатор С3 все меньше шунтирует резистор R4, что увеличивает полное сопротивление эмиттерной цепи транзистора и глубину отрицательной обратной связи по переменному току, а, следовательно, уменьшает коэффициент усиления напряжения «К».
При повышении частоты сигнала необходимо учитывать влияние выходной и входной емкостей транзистора, шунтирующих выходное и входное сопротивления каскада, что проявляется уменьшением полезного тока, поступающего на его вход и в нагрузку (на рисунке 1одна из таких емкостей эквивалентно представлена конденсатором С4).
Для оценки влияния частоты сигнала на коэффициент усиления напряжения, используют амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) усилителя (рисунок 3, а).
Рисунок 3 – Амплитудо-частотная (а) и амлитудная (б) характеристики
Полосой пропускания усилителя называют интервал частот П=fв-fн, в пределах которого коэффициент усиления снижается не более чем на 3дБ (до уровня 0,707) по отношению к его значению на средних частотах K0 (для УЗЧ частота fср= 400-1000 Гц).
Важна также амплитудная характеристика (АХ) усилителя, выражающая зависимость выходного сигнала 
от входного 
(рисунок 3, б). Так как участок «0-1» линейный, то коэффициент усиления до напряжения 
сохраняет постоянное значение. Начиная с точки «1» рост выходного сигнала отстает от роста входного. Это объясняется тем, что рабочая точка транзистора под действием входного сигнала выходит за пределы рабочего участка «БВ» линии нагрузки (рисунок 2, а). При этом резко возрастают нелинейные искажения.
Зная параметры транзистора в рабочей точке, можно рассчитать сопротивления резисторов R1 и R2 базового делителя. Ток 
делителя должен быть в 2 - 5 раз больше тока базы . Такой делитель позволяет выполнить достаточно стабильный при изменении температуры каскад при одновременном выполнении требования экономичности.
На резисторе R2 делителя должно действовать напряжение
, (5)
Откуда сопротивление
. (6)
тогда 
. (7)
Так как, выбранная рабочая точка находится посередине рабочего участка «БВ» линии нагрузки, то это позволяет подавать на вход каскада, и снимать с его выхода максимальные сигналы. Нередко рабочую точку выбирают ближе к точке «В». При этом каскад потребляет от источника EK значительно меньшую мощность и способен усиливать только небольшие по амплитуде сигналы, так как сохраняется требование о недопустимости смещения рабочей точки за пределы рабочего участка линии нагрузки. Обычно так выполняются предварительные расчеты усилительного каскада.
Аппаратура и материалы
При выполнении работы необходим специализированный лабораторный стенд со встроенными аппаратными средствами: учебный лабораторный комплекс «Электротехника и основы электроники».
Вопросы для защиты работы
1. В чем заключается принцип действия биполярного транзистора?
2. Схемы включения биполярных транзисторов и их основные параметры?
3. В чем различие принципа действия и основных характеристик полевого транзистора с р-п-переходом и МДП-транзистора?
4. Какими преимуществами обладают полевые транзисторы по сравнению с биполярными?
5. Режимы работы биполярного и полевого транзистора и в чем их особенности?
6. От каких параметров зависит коэффициент усиления каскада на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером?
7. Какие методы стабилизации режима покоя Вы знаете?
8. Что такое коэффициент нестабильности и как он влияет на точность поддержания режима покоя каскада при изменении температуры окружающей среды?
9. Почему применение в транзисторном каскаде усиления схемы активной нагрузки повышает коэффициент усиления устройства?
10. Что такое дифференциальный усилитель?
11. Что такое дрейф нуля усилителя постоянного тока?
12. Как необходимо выбирать параметры многокаскадного усилителя с точки зрения уменьшения его дрейфа нуля?
13. С какой целью в эмиттерные цепи каскадов усиления постоянного тока включены стабилитроны?
14. Какие существуют структурные схемы усилительных устройств?
15. Что такое обратная связь в усилителе?
16. Что такое передаточная функция усилительного устройства?
17. Как изменяется полоса пропускания усилительного устройства при введении различных цепей обратных связей?
18. Какие типы обратной связи влияют на выходное сопротивление усилительного устройства?
19. Чем отличаются амплитудные частотные характеристики усилителей постоянного и переменного токов?
20. Что такое запас устойчивости по фазе и амплитуде?
1. Какова структура плоскостного биполярного транзистора? Какие напряжения подаются на его р-n –переходы в различных режимах работы?
2. В чем заключается принцип действия биполярного транзистора?
3. Какие существуют схемы включения транзистора и какую величину усиливает при этом транзистор?
4. Какие процессы происходят в транзисторной структуре в усилительном режиме работы?
5. Как объяснить физически усиление по току в транзисторе, включенном по схеме с ОЭ?
6. Какие возможны схемы включения биполярных транзисторов и их основные параметры?
7. Постройте семейства выходных и входных характеристик биполярного транзистора и дайте объяснение вида кривых.
8. На семействе выходных характеристик транзистора с ОЭ отметьте области, соответствующие режимам отсечки, насыщения и усиления.
9. В чем различие принципа действия и основных характеристик полевого транзистора с р-п-переходом и МДП-транзистора?
10. Какими преимуществами обладают полевые транзисторы по сравнению с биполярными?
11. Какие режимы работы биполярного и полевого транзистора Вам известны и в чем их особенности?
12. Отчего зависит коэффициент усиления напряжения усилителя, собранного по схеме с общим эмиттером (ОЭ)?
13. От каких параметров зависит коэффициент усиления каскада на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером?
14. Какие методы стабилизации режима покоя Вы знаете?
15. Что такое коэффициент нестабильности и как он влияет на точность поддержания режима покоя каскада при изменении температуры окружающей среды?
16. Какое свойство биполярных и полевых транзисторов используется при построении схем генераторов тока?
17. кой принцип используется при построении транзисторных схем источников напряжения?
18. Почему применение в транзисторном каскаде усиления схемы активной нагрузки повышает коэффициент усиления устройства?
19. Почему выходные транзисторы усилителей мощности обычно включают по схеме с общим коллектором?
20. Что такое обратная связь в усилителе?
21. Что такое передаточная функция усилительного устройства?
22. По каким признакам классифицируются усилительные устройства?
23. Как изменяется полоса пропускания усилительного устройства при введении различных цепей обратных связей?
24. Какие типы обратной связи влияют на выходное сопротивление усилительного устройства?
25. Какие существуют структурные схемы усилительных устройств?
26. Какие элементы схемы усилителя на транзисторе с ОЭ влияют на АЧХ усилителя?
27. Как зависят параметры транзистора от температуры и других условий работы?
28. Что называется стоком и истоком полевого транзистора? Можно ли поменять их местами при включении?
29. Начертите структурную схему полевого транзистора с управляющим р-n-переходом и каналом n-типа. Поясните принцип его работы.
30. Как графически определить параметры полевого транзистора по его характеристикам?
31. Что такое коэффициент насыщения транзистора и какие значения этого коэффициента используют на практике?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11
ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ
Цель и содержание
Цель работы: Изучение принципа действия и определение основных параметров операционного усилителя.
Содержание работы:
1. Изучить принцип действия операционного усилителя.
2. Изучить влияние величин сопротивления обратной связи и нагрузки на выходное напряжение
3. Экспериментально провести расчет элементов схемы усилителя и определить ее основные параметры.
Теоретическое обоснование
Наиболее распространенной усилительной ИМС (интегральной микросхемой) является операционный усилитель (ОУ), в котором сосредоточены основные достоинства усилительных схем. Идеальный операционный усилитель имеет высокий коэффициент усиления по напряжению, большое входное и малое выходное сопротивления.
ОУ – это усилитель постоянного тока с дифференциальным входом, то есть uвых = Кu ( uвх1 – uвх2). Дрейф нуля ОУ практически отсутствует.
На операционных усилителях создаются операционные схемы, предназначенные для выполнения математических операций над входными сигналами (сложение, вычитание, интегрирование, выделение модуля функции и т.п.). Эти схемы находят применение в устройствах автоматического управления, и они составляют основу аналоговых ЭВМ, где наиболее распространенными являются суммирующие и интегрирующие схемы на ОУ.
Добавить ТО
Вопросы для защиты
1. Какова полярность входного напряжения Ubx инвертирующего и неинвертирующего усилителей по сравнению с выходным напряжением Ubыx?
2. Какие компоненты определяют коэффициент усиления К инвертирующего и неинвертирующего усилителя?
3.Какова величина коэффициента усиления при Roc= 100 кОм и
Rbx=10kOm инвертирующего и неинвертирующего усилителя?
19. Какие основные требования предъявляют к операционным усилителям?
20. Какой вид имеет АЧХ стандартного операционного усилителя?
21. Почему коэффициент усиления инвертирующего усилителя равен единице?
22. В чем состоит принцип использования управляемых нелинейных элементов для усиления электрических сигналов?
23. Какие существуют структурные схемы усилительных устройств?
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению лабораторных работ
по дисциплинам «Электротехника и электроника» часть III
для студентов специальностей и направлений:
230201 (071900) Информационные системы и технологии,
230200.62 «Информационные системы»,
200503 (072000) Стандартизация и сертификация,
200500.62 «Метрология, стандартизация и сертификация»,
280103 (330600) «Защита в чрезвычайных ситуациях»,
260601.65(170600) «Машины и аппараты пищевых производств»
Ставрополь
Методические указания к выполнению лабораторных работ составлены в соответствии с требованиями ГОСВПО, программ дисциплины «Электротехника и электроника» для студентов специальностей и направлений: 230201 (071900) «Информационные системы и технологии», 230200.62 «Информационные системы», 200503 (072000) «Стандартизация и сертификация», 200500.62 «Метрология, стандартизация и сертификация», 280103 (330600) «Защита в чрезвычайных ситуациях», 260601.65(170600) «Машины и аппараты пищевых производств».
Методические указания включают в себя методику и порядок выполнения лабораторных работ, указания по технике безопасности и перечень вопросов для защиты работ.
Составители:
М. И. Данилов, М. С. Демин, О. Р. Киркоров, Ю. А. Ларионов, Т.Ф. Морозова, И. Г. Романенко, С. С. Ястребов
Рецензент: А. И. Гринь
Содержание
| Лабораторная работа 9. Исследование полупроводниковых элементов | |
| Лабораторная работа 10. Исследование усилителя напряжения на биполярном транзисторе | |
| Лабораторная работа 11 . Исследование операционного усилителя | |
| Лабораторная работа 12. | |
| Список рекомендуемой литературы |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9
ИССЛЕДОВВНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Цель и содержание
Цель работы:Снятие и анализ вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов, стабилитронов, тиристоров и определение их параметров. Исследование работы полупроводниковых выпрямителей.
Содержание работы:
1. Исследование вольтамперной характеристики (ВАХ) выпрямительного полупроводникового диода.
2. Исследование ВАХ полупроводникового стабилитрона.
3. Исследование работы полупроводниковых выпрямителей.
Теоретическое обоснование
Полупроводниковый прибор, который имеет два электрода (два вывода от р и n – областей) и один p-n-переход, называется диодом.
В n-проводящем слое в качестве свободных носителей заряда преобладают электроны, а в р-проводящем слое – дырки. Существующий между этими слоями р-n переход имеет внутренний потенциальный барьер, препятствующий соединению свободных носителей заряда. Таким образом, диод блокирован.
Путем прикладывания внешнего напряжения эффект блокирования можно увеличить или уменьшить. Полупроводниковый диод проводит ток в одном направлении и не проводит в другом.
Все полупроводниковые диоды можно разделить на две группы: выпрямительные и специальные. Выпрямительные диоды, как следует из самого названия, предназначены для выпрямления переменного тока. В зависимости от частоты и формы выпрямляемого тока они делятся на низкочастотные, высокочастотные и импульсные. Специальные типы полупроводниковых диодов используют различные свойства p-n-переходов, например явление пробоя, фотоэффект, наличие участков с отрицательным сопротивлением и другие. Специальные полупроводниковые диоды находят, в частности, применение для стабилизации постоянного напряжения, регистрации оптического излучения, формирования электрических сигналов и т. д.
1 Выпрямительный диод
Выпрямительные диоды, в которых используется основное свойство р-n - перехода – его односторонняя электропроводность, применяют главным образом для выпрямления переменного тока.
Выпрямительные полупроводниковые диоды изготавливаются, как правило, из кремния, германия или арсенида галлия. Классифицировать выпрямительные полупроводниковые диоды можно по конструкции и технологии изготовления. В зависимости от конструкции, диоды делятся на плоскостные и точечные, а от технологии изготовления – на сплавные, диффузионные и эпитаксиальные.
Плоскостные диоды имеют большую площадь p-n-перехода и используются для выпрямления больших токов (до 30 А). Точечные диоды имеют малую площадь p-n-перехода и, соответственно, предназначены для выпрямления малых токов (до 30 мА).
Обычно выпрямительный полупроводниковый диод норм