Методика выполнения работы. 1. К самостоятельной работе на стенде 87Л-01 допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности.

ТРЕБОВАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

1. К самостоятельной работе на стенде 87Л-01 допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности.

2. Для обеспечения безопасности работающих при эксплуатации стенда должны быть выполнены следующие условия:

все части стенда, которые могут оказаться под напряжением, должны быть надёжно заземлены;

запрещается заменять съёмные элементы и производить пайку соединений, находящихся под напряжением;

запрещается пользоваться неисправной аппаратурой и инструментом;

все операции, связанные с установкой переносных приборов и измерениями, должны исключать касание токоведущих частей.

3. Все работы на стенде производить только после надёжного его закрепления на столе.

4. Винт заземления на корпусе стенда соединить с контуром заземления изолированным медным проводом с площадью сечения не менее 1,5 мм².

5. Включение питания стенда производить только после разрешения преподавателя.

6. Сборку и разборку схем лабораторных работ производить только при отключённом электропитании стенда.

7. Лабораторные работы производить в следующей последовательности: произвести все соединения на сменной панели, включить измерительные приборы и источники сигналов, затем подключить собранную схему к клеммам источников питания.

Разборку рабочих схем осуществлять в обратной последовательности.

8. Не допускается превышение токов и напряжений, указанных в таблице.

Источник питания	Пределы регулирования	Максимальный ток нагрузки, мА
Источник постоянного напряжения ГН1	+0,5...-7 В	5 (при U= 7В)
Источник постоянного напряжения ГН2	0,5...15 В	200 (при U= 15 В)
Источник постоянного напряжения ГН3	0...100 В	5 (при U=100 В)
Источник постоянного тока ГТ	0...10 мА	11 ( не менее)
Источник переменного напряжения ИП	15 В+15%

Лабораторная работа № 1

Исследование вольт-амперной характеристики

Полупроводникового диода

Цель работы. Исследовать вольт-амперные характеристики (ВАХ) кремниевого и германиевого диодов.

Оборудование. Лабораторный стенд 87Л-01, сменная панель 1.

Объекты исследования. Диоды КД103А и Д9 или аналогичные.

Общие сведения

Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом и двумя выводами. Основой выпрямительного диода является обычный p-n-переход, обладающий вентильными свойствами. Вентильные свойства состоят в том, что при малом прямом напряжении диод пропускает большой ток, а при большом обратном напряжении - малый обратный.

Различают выпрямительные, универсальные и импульсные диоды.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока источников питания промышленной частоты в постоянный. Промышленность выпускает выпрямительные диоды на токи до нескольких десятков и более ампер и на обратные напряжения до нескольких тысяч вольт. При выпрямлении тока в цепях с более высоким напряжением используются выпрямительные столбы, которые создаются путем последовательного включения нескольких диодов. Для равномерного деления обратного напряжения между отдельными диодами применяется резистивно-ёмкостный делитель. Если требуемое значение выпрямленного тока превышает допустимое значение тока одного диода, то используется параллельное включение нескольких однотипных диодов. Для выравнивания токов последовательно с каждым диодом включается резистор.

Универсальные, или высокочастотные, диоды применяются для преобразования высокочастотных (ВЧ) сигналов: выделения низкочастотного сигнала из модулированного ВЧ-сигнала (детекторные диоды), изменения несущей частоты модулированного ВЧ-колебания (смесительные диоды), модуляции ВЧ-колебания (модуляторные диоды). Частота, на которой работают такие диоды, составляет сотни мегагерц.

Импульсные диоды предназначены для применения в импульсных схемах в качестве коммутирующих элементов, отсекателей, ограничителей, а также в логических элементах. Для импульсных диодов характерным является режим, при котором после воздействия прямого напряжения к диоду прикладывается обратное напряжение. В момент переключения через диод идет большой ток, обусловленный током рассасывания накопленного в базе заряда неосновных носителей. Интервал времени от момента прохождения тока через нуль после переключения диода с заданного прямого тока в состояние заданного обратного напряжения до момента достижения обратным током заданного низкого значения называется временем восстановления обратного сопротивления t_{вос, обр}. Чем меньше это время, тем большим быстродействием обладает диод.

Параметры диодов подразделяются на параметры изделия и параметры режима эксплуатации. Термины, определения и обозначения параметров диодов приведены в ГОСТ 25529-82. Основными параметрами выпрямительных, универсальных и импульсных диодов являются:

1) прямое напряжение U_пр (U_{пр, ср}) - напряжение на диоде при протекании постоянного (переменного, периодически меняющегося) прямого тока;

2) постоянный (средний) обратный ток I_обр (I_{обр, ср}) - ток, обусловленный постоянным (периодически меняющимся обратным напряжением;

3) постоянное (импульсное) обратное напряжение U_обр (U_{обр, и});

4) постоянный (средний, импульсный) прямой ток I_пр (I_{пр, ср}, I_{пр, и});

5) максимальная рабочая частота f _max ;

6) время восстановления обратного сопротивления диода t_{вос, обр} ;

7) общая ёмкость диода C_д .

Падение прямого напряжения на диоде при протекании прямого тока у германиевых диодов меньше, чем у кремниевых, и не превышает 0,2...0,4 и 0,6...0,8 В соответственно. Рабочий диапазон температур для ге-рманиевых диодов составляет -60...+85 °С, для кремниевых - -60...+150°С.

Методика выполнения работы

2.1. Исследование прямой ветви ВАХ полупроводникового диода.

2.1.1. Из элементов, приготовленных к работе, собрать схему для исследования прямой ветви ВАХ (рис. 1), подключить источники питания и измерительные приборы с помощью соединительных проводов и съёмных элементов.

Проверить правильность установки диода в съёмном элементе. Диоды КД103А маркируются точками, а диоды Д9 - кольцами на корпусе у положительного вывода (анода).

Измерение прямого тока осуществляется амперметром АВМ1 с пределом измерения 10 мА. Для измерения прямого напряжения используется вольтметр АВМ2 с пределами измерения 0,5 и 1,0 В. Собранную схему показать преподавателю.

Включить тумблер “Сеть”.

2.1.2. Установить на источнике тока ГТ максимальное значение выходного тока (около 10 мА). Результат измерения прямого тока и соответствующего ему прямого напряжения занести в табл.1. Плавно уменьшать значение прямого тока таким образом, чтобы прямое напряжение изменялось приблизительно на 0,1 В. Получить не менее 6...8 отсчетов значений прямого тока. Результаты занести в табл.1. По длине ВАХ экспериментальные точки должны быть расположены приблизительно равномерно. При необходимости уменьшить предел измерения прямого тока. Наиболее точные измерения выполняются при условии, что стрелка прибора отклоняется не менее чем на 2/3 длины шкалы.

Таблица 1

Iпр, мА
Uпр, В

Заполнить табл. 1 для германиевого и кремниевого диодов.

По результатам измерений построить график прямой ветви ВАХ для каждого диода.

2.2. Исследование обратной ветви ВАХ полупроводникового диода.

2.2.1. Из элементов, приготовленных к работе собрать схему для исследования обратной ветви ВАХ (рис. 2), подключить источники питания и измерительные приборы с помощью соединительных проводов.

Измерение обратного тока осуществлять микроамперметром АВО с пределом измерения 10 мкА. Для измерения обратного напряжения использовать вольтметр АВМ2 с пределами измерения 50 и 10 В. Собранную схему показать преподавателю.

Включить тумблер “Сеть”.

2.2.2. Установить при помощи ручек “ГРУБО” и “ТОЧНО” на источнике обратного напряжения ГН2 максимальное значение выходного напряжения (около 15 В). Результат измерения величины обратного тока и соответствующего ему напряжения занести в табл.2. Плавно уменьшать значения обратного напряжения приблизительно через 2...3 В. Получить не менее 4...6 отсчетов обратного тока. Результаты занести в табл.2. По длине ВАХ экспериментальные точки должны быть расположены приблизительно равномерно. При необходимости уменьшить пределы измерения.

Таблица 2

Uобр, В
Iобр, мкА

Заполнить табл. 2 для германиевого и кремниевого диодов. По результатам измерений построить графики обратной ветви ВАХ для каждого диода. Графики ВАХ, построенные по табл. 1, 2, должны иметь одну систему координат.

Содержание отчета

3.1. Титульный лист.

3.2. Цель работы.

3.3. Схемы электрические принципиальные для исследования прямой и обратной ветвей ВАХ диодов.

3.4. Результаты измерений, сведенные в таблицы.

3.5. Результаты измерений в виде графика зависимости I=f(U).

3.6. Основные справочные параметры кремниевого диода.

3.7. Выводы о работе.

Контрольные вопросы и задания

4.1. Дайте классификацию полупроводниковых диодов.

4.2. Назовите основные справочные параметры выпрямительных дио-дов?

4.3. Объясните параметр импульсного диода - время восстановления.

4.4. Какие полупроводниковые диоды, плоскостные или точечные, могут работать на более высоких частотах и почему?

4.5. Назовите численные значения прямого падения напряжения для германиевых и кремниевых полупроводниковых диодов?

4.6. Какова величина допустимого обратного напряжения у кремниевых плоскостных выпрямительных диодов?

4.7. В каких пределах лежат значения обратных токов германиевых и кремниевых выпрямительных диодов малой и средней мощности?

4.8. Какие диоды ( кремниевые или германиевые ) получили наибольшее распространение и почему?

Лабораторная работа № 2