МВ до вик ЛР з Вакуумн та плазм електр

Міністерство освіти і науки України Чернігівський державний технологічний університет

Вакуумна та плазмова електроніка

Методичні вказівки до виконання циклу лабораторних робіт

для студентів спеціальності 6.090800 "Електронні системи"

Затверджено на засіданні кафедри

промислової електроніки протокол № 1 від 30.08.2004 р

ЧЕРНІГІВ ЧДТУ 2005

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

Вакуумна та плазмова електроніка. Методичні вказівки до виконання циклу лабораторних робіт з дисципліни для студентів спеціальності 6.090800 "Електронні системи" / Укл.: Велігорський О.А., Савенко О.В. – Чернігів:

ЧДТУ, 2005. – 45 с.

Укладачі:	Велігорський Олександр Анатолійович,
	асистент кафедри промислової електроніки
	Савенко Олександр Васильович, старший
	викладач кафедри промислової електроніки

Відповідальний за випуск: Денисов Олександр Іванович, завідувач кафедри промислової електроніки, доктор технічних наук, професор

Рецензент: Сатюков Анатолій Іванович, кандидат фізико-математичних наук, доцент Чернігівського держаного технологічного університету

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

3

	Зміст
Вступ.................................................................................................................		4
Лабораторна робота № 1..................................................................................		6
Вивчення універсального лабораторного стенда ...........................................		6
1.1	Опис універсального лабораторного стенда.............................................	6
1.2	Хід роботи.................................................................................................	11
1.3	Контрольні питання..................................................................................	12
Лабораторна робота № 2................................................................................		13
Дослідження вакуумного тріода....................................................................		13
2.1	Теоретичні відомості................................................................................	13
2.2	Хід роботи.................................................................................................	16
2.3	Контрольні питання..................................................................................	18
Лабораторна робота № 3................................................................................		19
Дослідження осцилографічної трубки ..........................................................		19
3.1	Теоретичні відомості................................................................................	19
3.2	Опис блоку електронно-променевої трубки ...........................................	23
3.3	Хід роботи.................................................................................................	24
3.4	Контрольні питання..................................................................................	26
Лабораторна робота №4.................................................................................		27
Дослідження газорозрядного стабілітрона ...................................................		27
4.1	Теоретичні відомості................................................................................	27
4.2	Хід роботи.................................................................................................	29
4.3	Контрольні питання..................................................................................	30
Лабораторна робота № 5................................................................................		32
Дослідження газорозрядного знакового індикатора ....................................		32
5.1	Теоретичні відомості................................................................................	32
5.2	Хід роботи.................................................................................................	36
5.3	Контрольні питання..................................................................................	37
Додаток А - Основні параметри тріодів, що використовуються
в лабораторних роботах .................................................................................		38
Додаток Б - Основні параметри електронно-променевої трубки 5ЛО38И..		39
Додаток В - Основні параметри газорозрядного стабілітрону СГ-1П.........		41
Додаток Д - Основні параметри індикаторів тліючого розряду, що
використовуються в лабораторних роботах..................................................		42
Рекомендована література .............................................................................		43

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

4

ВСТУП

Ці методичні вказівки призначені для студентів спеціальностей 6.090803 "Електронні системи" і є керівництвом до лабораторних робіт з курсу "Вакуумна та плазмова електроніка ". Мета цього курсу – вивчити фізичні принципи роботи електровакуумних приладів, їхню будову, основні характеристики та параметри.

До електровакуумних приладів відносяться пристрої, принцип дії яких заснований на електричних явищах, пов'язаних з рухом заряджених часток у вакуумі чи газі. В залежності від характеру робочого середовища всередині газонепроникного балона ці прилади поділяються на електронні й іонні (газорозрядні). В електронному електровакуумному приладі електричний струм обумовлений рухом вільних електронів у вакуумі, а в іонних приладах використовується електричний розряд у газі або парах металів.

Електронні ВАКУУМНІ ПРИЛАДИ – це сімейство приладів, серед яких можна виділити наступні основні групи: електронні лампи; електроннопроменеві прилади; фотоелектронні прилади.

ЕЛЕКТРОННІ ЛАМПИ є одними з перших електронних приладів і за призначенням поділяються на підсилювальні, генераторні, частотноперетворювальні, випрямляючі, детекторні, вимірювальні та ін.

До цього класу відносяться діоди, тріоди, тетроди, пентоди та інші електронні лампи, поєднані за принципом дії. У цьому циклі лабораторних робіт представником даного класу є тріод.

Електронні лампи широко використовуються і в наш час час у пристроях, що працюють в умовах, де поки неможливе застосування напівпровідникових приладів: у потужних електротехнічних і енергетичних пристроях; високовольтних пристроях; в умовах високої радіації; широкого діапазону температур; до цього часу в резерві державних організацій США залишаються лампові електронні пристрої. Крім цього лампові пристрої широко використовуються в техніці грамзапису та відтворення звуку. Створення нових типів ламп, їхня мініатюризація розширюють області їхнього застосування.

ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВІ прилади можна поділити на наступні основні підгрупи: приймальні електронно-променеві трубки (осцилографічні трубки, кінескопи та ін.); передавальні трубки (іконоскоп, ортикон, відикон та ін.); запам’ятовуючі трубки (радекон, графекон та ін.); електронно-оптичні перетворювачі і підсилювачі яскравості.

Принцип дії цього великого класу приладів заснований на формуванні одного чи більш електронних пучків і керуванні їхньою інтенсивністю і положенням у просторі.

Принцип дії електронно-променевих приладів вивчається при дослідженні в лабораторній роботі характеристик і параметрів осцилографічної трубки.

ФОТОЕЛЕКТРОННІ ПРИЛАДИ перетворюють світлове випромінювання в електричний струм. До електровакуумних фотоелектронних приладів відносяться фотоелементи і фотоелектронні помножувачі. Дія цих приладів заснована на явищі фотоелектронної емісії.

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

5

В курсі лабораторних робіт вивчається представник цієї групи - фотоелектронний помножувач.

ІОННІ (ГАЗОРОЗРЯДНІ) ПРИЛАДИ, що використовують властивості розряду в газі, широко застосовуються в різних електронних і радіотехнічних пристроях, індикаторній техніці, у лазерній техніці, у потужній електротехнічній і радіотехнічній апаратурі, енергетичних і технологічних установках, в автоматиці, в релейних схемах, в імпульсних генераторах і інших пристроях. Такі прилади як плазмові панелі починають все частіше використовуватись для відтворення відеоінформації в домашніх кінотеатрах. Для вивчення цього класу електровакуумних приладів пропонується дві лабораторні роботи: дослідження принципів роботи, характеристик і параметрів газорозрядного знакового індикатора, а також дослідження газорозрядного стабілітрона.

Лабораторні заняття по всьому циклі проводяться фронтальним методом, паралельно з лекційним курсом на універсальному лабораторному стенді, вивченню якого присвячена перша лабораторна робота. Універсальний лабораторний стенд розроблений і виготовлений на кафедрі "Промислова електроніка" ЧДТУ.

Допуском до виконання лабораторної роботи є наявність протоколу. Протокол повинен містити:

1)Титульну частину.

2)Основні паспортні дані досліджуваного приладу (тип приладу задається викладачем, паспортні дані знаходяться в додатках).

3)Схему лабораторного макета.

4)Хід виконання роботи та заготовки під таблиці.

Перед виконанням лабораторної роботи необхідно:

1)Перевірити наявність заземлення стенду.

2)Переконатись в тому, що в з’єднувачі вставлена плата з номером стенду, а в платі є саме той прилад, що буде вивчатись в лабораторній роботі (для всіх лабораторних робіт, крім першої).

3)Перевести вимірювальні прилади в той режим роботи, який вказаний в схемі лабораторної роботи.

4)Якщо прилад Р5 не використовується в лабораторній роботі, то перевести його в режим вимірювання постійної напруги.

5)Якщо в лабораторній роботі використовується високовольтне джерело живлення, то переконатись, що перемикач встановлення напруги Б5-50 знаходиться в положенні "000", а на перемикачі струму встановлений

максимальний струм, що може протікати в схемі (наприклад, IAmax для тріода, чи IІНДmaх для газорозрядного індикатора).

6)Ввімкнути живлення стенду.

7)Ввімкнути прилади ВУ-12 та Б5-50, якщо вони використовуються в лабораторній роботі.

При невиконанні вимог, викладач може не допустити студента до подальшого виконання роботи.

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

6

Лабораторна робота № 1

Вивчення універсального лабораторного стенда

Мета роботи – ознайомитися з будовою, основними технічними характеристиками універсального лабораторного стенда і здобути навички по проведенню досліджень на ньому.

1.1 Опис універсального лабораторного стенда

Універсальний лабораторний стенд показаний на рисунку 1.1. Стенд укомплектований: трьома електровимірювальними комбінованими приладами типу 43101 (7 на рисунку 1.1); універсальним цифровим вольтметром В7-35 (4); універсальним вольтметром ВУ-12 (1); регульованими і нерегульованими джерелами живлення (6,8). У стенді також є блок комутації (2) і з’єднувач для підключення лабораторного макета (5).

У правому верхньому куті на передній панелі стенда знаходиться тумблер "Сеть" (3) призначений для ввімкнення всього стенда, мережевий запобіжник і індикатор ввімкненого стану.

1.1.1 Вбудовані джерела живлення

Вбудовані джерела живлення (6 на рисунку 1.1) забезпечують наступні вихідні напруги і струми:

∙змінне 6,3 В при струмі до 1 A;

∙постійне +5 В при струмі до 1 A;

∙постійне ±12 В при струмі до 100 мА;

∙регульоване від 0 до +12 B при струмі до 0,5 А;

∙регульоване від 0 до +30 В при струмі до 0,5 А;

∙регульоване від 0 до +300 В при струмі до 300 мА.

Вякості високовольтного джерела використовується прилад заводського виготовлення Б5-50 (8 на рисунку 1.1), виведений на лицьову панель стенда. Він має тумблер "Вкл", що під´єднує даний прилад до живлячої мережі.

Джерело живлення Б5-50 має захист від перевантажень і коротких замикань на виході приладу. Захист здійснюється автоматичним перемиканням джерела живлення з режиму стабілізації напруги в режим стабілізації струму і навпаки. Режими роботи джерела живлення (стабілізація струму чи напруги) відображається неоновими індикаторами, розташованим над вихідними клемами приладу.

Галетними перемикачами “V” і “mА”, з передньої панелі приладу, можна керувати значенням вихідної напруги і струму стабілізації. Максимальний струм навантаження, що може бути встановлений, дорівнює 299 mА.

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

7

УВАГА! При проведенні дослідів, не пов’язаних з використанням високовольтного джерела живлення Б5-50, категорично забороняється його вмикати.

ПАМ’ЯТАЙТЕ! Висока напруга з виходу джерела живлення Б5-50 потрапляє на з’єднувач для підключення макетів та присутня на вихідних клемах приладу. ВОНА НЕБЕЗПЕЧНА ДЛЯ ЖИТТЯ!

Для полегшення керування високовольтним джерелом живлення при проведенні лабораторних робіт в його схему була внесена доробка, що дозволяє плавно регулювати вихідну напругу від 0 до 300 В. Регулятор, керуючий вихідною напругою, виведений на передню панель стенда, і знаходиться в групі регуляторів вбудованих джерел живлення.

1

2

3

4

				6
8			9			5

		7				7			7
	Рисунок 1.1 – Універсальний лабораторний стенд
УВАГА!	Категорично забороняється							змінювати положення перемикачів
встановлення	вихідної		напруги		на лицьовій панелі приладу. Вони повинні
знаходитися в положенні "000".					Недотримання цієї вимоги може призвести
до виходу приладу з				ладу, оскільки вихідна напруга може перевищити 300
В!

Керування регульованими джерелами живлення "0-12 В", "0-30 В", так само як і високовольтним, здійснюється з панелі джерел живлення стенда.

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

8

Виходи всіх низьковольтних джерел живлення з'єднані з відповідними контактами з'єднувача для підключення лабораторних макетів і виведені на панель джерел живлення.

Усі джерела постійної напруги оснащені пристроями захисту від короткого замикання і перевантаження по струму. При цьому джерело ±12 В має релейну систему захисту відключення при перевантаженні; для повторного запуску цього джерела необхідно вимкнути і ввімкнути стенд. Всі інші джерела мають захист з обмеженням струму, тобто струм вище максимально-допустимого не піднімається (режим стабілізації струму), а після усунення причини, що викликала перевантаження, працездатність відновлюється.

УВАГА! Джерело живлення ~6,3В не має захисту. Його замикання може привести до виходу з ладу стенда.

1.1.2 Прилад електровимірювальний комбінований типу 43101

Прилад електровимірювальний комбінований типу 43101 (7 на рисунку 1.1) призначений для вимірювання напруги і сили постійного струму, середньоквадратичного значення напруги і сили змінного струму синусоїдальної форми, опору постійному струму, а при підключенні зовнішнього джерела змінної напруги 190В – 245В, 50±1Гц – і електричної ємності.

Прилад має автоматичний захист від електричних перевантажень. При виникненні перевантажень кнопка захисту “” (знаходиться праворуч зверху над блоком вимірювальної голівки приладу) переводиться у віджате положення, і прилад від’єднується від досліджуваного ланцюга. Проконтролювати його працездатність можна, натиснувши кнопку “”(знаходиться ліворуч зверху над блоком вимірювальної голівки), при цьому повинен спрацювати пристрій захисту. Натисканням кнопки “” до фіксації працездатність приладу відновлюється.

УВАГА! Захист приладу 43101 працює тільки при наявності внутрішньої напруги живлення, тому категорично забороняється проводити вимірювання одним з цих приладів без ввімкнення тумблеру "Сеть" відповідного стенда!

Прилад 43101 має розширення межі виміру. При одночасно натиснутих кнопках “V, mAx2” і “-” чи “~” кінцеві значення діапазонів вимірів подвоюються. Наприклад, при перемикачі межі виміру, встановленим у положенні 10В та одночасно натиснутих кнопках “V, mAx2” і “-”, граничне значення вимірюваної постійної напруги складатиме 20В. Таким чином, наявність кнопки “V, mAx2” збільшує кількість меж вимірів приладу 43101 у два рази.

Прилад 43101 має наступні технічні характеристики:

1.Вимірювання сили постійного і змінного струмів від 1 мкА до 10 А;

2.Вимірювання постійної і змінної напруги від 1,6 мВ до 1000 В;

3.Вимірювання опору постійному струму від 0 Ом до 10 МОм;

4.Межа допустимої основної похибки приладу при вимірюванні струмів і напруг – до 1,5% при інших вимірах – 2,5%;

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

9

5. Вхідний опір – не нижче 10 кОм/В.

Вимірювальні прилади 43101 за допомогою проводів підключені до з’єднувача (5), в який вставляється плата з схемою лабораторної роботи.

1.1.3 Вольтметр універсальний ВУ-12

Вольтметр універсальний ВУ-12 (1 на рисунку 1.1) є модернізованим варіантом приладу ВУ і призначений для виміру постійних напруг і струмів, середньоквадратичного значення напруги і сили змінного струму синусоїдальної форми, а при наявності зовнішнього джерела регульованої напруги – і опору постійному струму.

Прилад має наступні технічні характеристики:

1)діапазон вимірюваних постійних напруг від 10 мВ до 1 кВ;

2)діапазон вимірюваних постійних струмів від 0,3 мкА до 1 А;

3) діапазон вимірюваних синусоїдальних напруг низької частоти від

100 мВ до 1 кВ;

4)діапазон вимірюваних змінних струмів від 30 мкА до 1 А;

5)діапазони вимірюваних опорів від 1 Ом до 30 МОм;

6)межа допустимої основної похибки приладу при вимірі постійних струмів, напруги й опорів складає 2,5%, а при вимірі змінних – 6%;

7)вхідний опір при вимірюванні постійної напруги не нижче 1,4 МОм/B, а на межах від 30 до 1 кВ – не менш 13 МОм.

Ввімкнення ВУ-12 здійснюється тумблером, розташованим у нижній частині приладу, під вимірювальною голівкою.

УВАГА! Після вмикання тумблеру "Сеть" не забувайте ввімкнути тумблер живлення ВУ-12!

Так як ВУ-12 має вбудовані електронні підсилювачі, то після нетривалого прогріву (1-2 хв.) необхідно збалансувати прилад. При цьому потрібно: від’єднати прилад від стенду (вийняти штекер з колодки приладу); встановити кнопковий перемикач роду робіт у положення “-U”, а перемикач меж вимірювання в положення 10 мВ; з’єднати перемичкою клеми “±U” і “*”; потенціометром "0" встановити стрілку індикатора на нульову позначку шкали (якщо стрілка не встановлюється, то покликати викладача). На цьому балансування можна вважати виконаним. Після цього необхідно: витягнути перемичку; штекер від стенда підключити до потрібної клеми приладу; перемикачі встановити відповідно до роду виконуваних вимірювань. Прилад готовий до роботи. З часом може спостерігатися незначне зміщення нуля приладу. Якщо потрібно, то процес балансування можна повторити.

В процесі вимірювання потрібно спочатку вибрати режим роботи приладу (натисканням на відповідну кнопку, наприклад I, U чи R), потім обертанням галетного перемикача вибрати межу виміру (спочатку краще встановити найбільшу межу). Після цього можна підключати прилад до вимірюваної ділянки схеми за допомогою штекера (9), який підключений до з’єднувача (5). Зверніть увагу на те, що в цьому вимірювальному приладі штекер потрібно

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

10

вставити в те гніздо на колодці, що відповідає роду виміру, встановленому натисканням відповідної кнопки.

1.1.4 Вольтметр універсальний цифровий

Вольтметр універсальний цифровий В7-З5 призначений для виміру напруги і сили змінного і постійного струму, опору постійному струму з індикацією результатів вимірів у цифровій формі і з автоматичним вибором межі вимірів.

Прилад має наступні технічні характеристики:

1)діапазон вимірюваної постійної напруги від 0,1 мВ до 1 кВ;

2)діапазон вимірюваної сили постійного струму від 0,1 мкА до 1 А;

3)діапазон вимірюваної змінної напруги від 0,1 мВ до 300 В;

4)діапазон вимірюваної сили змінного струму від 0,1 мА до 1 А;

5)діапазон вимірюваних опорів постійному струму від 1 Ом до 10 МОм.

Прилад має два перемикачі: перемикач роду робіт (напруга, струм, опір); перемикач роду струму (постійний, змінний, змінний високочастотний). В усіх лабораторних роботах цей прилад використовується для вимірювання напруги (окрім лабораторної роботи по вивченню осцилографічної трубки), тому слідкуйте за тим, щоб перемикач роду робіт був встановлений в положення “U”. Неправильне ввімкнення приладу може призвести до його виходу з ладу!

Ввімкнення приладу відбувається при ввімкнені стенда. Вимірювання приладом високочастотного змінного сигналу можливе при підключенні спеціального вимірювального щупа, тому для полегшення комутації в стенді цей режим роботи приладу не реалізований.

1.1.5 Блок комутації

Блок комутації (2) містить в собі: чотири перемикачі полярності приладів П1 - П4, три перемикачі вимірювальних кіл П5 - П7, галетний перемикач на десять положень П8.

Перемикачі полярності П1 - П4 служать для зміни полярності підключення вимірювальних приладів до лабораторного макета, включеного в стенд: П1 - для переполюсування ВУ-12, П2 – для переполюсування першого приладу 43101, П3 – другого, П4 – третього. Положення перемикачів "униз" відповідає "позитивному" включенню приладів, а "вгору" – "негативному".

Цифровий прилад В7-35 дозволяє вимірювати як позитивні, так і негативні напруги і струми. При вимірі негативні значення на його індикаторі в першому знакомісці загоряється знак "-".

Перемикачі вимірювальних кіл П5 - П7 виведені на з’єднувач стенду і слугують для комутації кіл у лабораторному макеті. Перемикачі П5, П6 мають по дві групи перемикаючих контактів, а перемикач П7 – чотири групи перемикаючих контактів.

Галетний перемикач П8 дозволяє комутувати до десяти кіл на один напрямок у лабораторному макеті.

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com