Министерство образования и науки рф

Тольяттинский государственный университет

Позднов М.В.

Контроль и эксплуатация

электронных приборов и устройств

Практикум

Тольятти 2014

УДК 621.38

ББК 74.58 Я 73

П 47

Позднов, М.В. Контроль и эксплуатация электронных приборов и устройств: практикум по дисциплине “Контроль и эксплуатация электронных приборов и устройств ”/ М.В. Позднов - Тольятти: ТГУ, 2014 г. - хх с.

В указаниях приведены методические рекомендации по выполнению работ практикума. Особенность практикума состоит в том, что работы необходимо выполнять в программных пакетах, предназначенных для моделирования электронных схем, например MicroCap. Работы содержат необходимый теоретический материал для их выполнения. Практикум предназначен для студентов, обучающихся по направлению подготовки 210100.68 «Электроника и наноэлектроника», магистерской программе 550714 «Электронные приборы и устройства».

Рецензент: к.т.н., доцент Прядилов А.В.

Утверждено методическим семинаром кафедры “Промышленная электроника”.

УДК 621.38

ББК 74.58 Я 73

 Тольяттинский государственный университет, 2014.

Содержание

1. Практическая работа №1. Изучение автоматизированной лаборатории, на примере системы генератор- осциллограф pcs500/pcg10 фирмы Welleman в режиме характериографа. 6

1.1. Цель работы 6

1.2. Задачи работы 6

1.3. Программа работы 6

1.4. Краткие теоретические сведения. 6

1.5. Методические рекомендации. 9

1.7. Содержание отчета 12

1.8. Вопросы для самоконтроля 12

1.9. Литература 13

2. Практическая работа №2. Изучение автоматизированной лаборатории, на примере системы генератор- осциллограф PCS500/PCG10 фирмы Welleman в режиме измерения спектров периодических сигналов. 14

2.1. Цель работы 14

2.2. Задачи работы 14

2.3. Программа работы 14

2.4. Краткие теоретические сведения. 14

2.5. Методические рекомендации. 27

2.6. Содержание отчета 29

2.7. Вопросы для самоконтроля 29

2.8. Литература 29

3. Практическая работа №3. Изучение цифровых системы сбора данных на примере прибора Ла-2USB-12у фирмы Шиляев-Руднев. 31

3.1. Цель работы 31

3.2. Задачи работы 31

3.3. Программа работы 31

3.4. Программа работы 31

3.5. Методические рекомендации. 31

3.6. Содержание отчета. 34

3.7.Вопросы для самоконтроля. 35

3.8. Литература. 35

4. Практическая работа №4. Изучение работы с цифровым осциллографом DS-71102 36

4.1. Цель работы 36

4.2. Задачи работы 36

4.3. Программа работы 36

4.4. Программа работы 36

4.5. Методические рекомендации. 36

4.6. Содержание отчета. 37

4.7.Вопросы для самоконтроля. 37

4.8. Литература. 38

5. Практическая работа №5. Измерения с помощью цифрового измерителя иммитанса E7-22. 39

5.1. Цель работы 39

5.2. Задачи работы 39

5.3. Программа работы 39

5.4. Программа работы 39

5.5. Краткие теоретические сведения. 39

5.6. Методические рекомендации. 42

5.8. Вопросы для самоконтроля. 46

5.9. Литература. 46

1. 1. Практическая работа №1. Изучение автоматизированной лаборатории, на примере системы генератор- осциллограф PCS500/PCG10 фирмы Welleman в режиме характериографа.

1. 1.1. Цель работы

Целью работы является получение знаний и навыков исследования в автоматизированной лаборатории на примере исследования характеристик биполярного транзистора.

2. 1.2. Задачи работы

1. Изучить теоретический материал по работе с виртуальной лабораторией биполярным транзисторам.

2. Выполнить экспериментальную часть работы в соответствии с программой и обработать результаты экспериментов.

3. По результатам проведенных работ оформить отчет и защитить его.

3. 1.3. Программа работы

1. Ознакомиться с принципами измерения в автоматизированной лаборатории, теорией и методом исследования характеристик транзистора с общим эмиттером, схемой практической установки и измерительных приборов.

2. Исследовать статический режим работы транзистора:

а) снять семейство выходных статических характеристик;

б) снять семейство входных статических характеристик

4. 1.4. Краткие теоретические сведения.

Биполярный транзистор представляет собой 3-слойную структуру p-n-p или n-p-n типов с двумя электронно-дырочными переходами. Он служит для усиления, генерации и коммутации электрических сигналов. Структурно биполярный транзистор содержит три области с различными типами проводимости n-p-n или p-n-p, которые соответственно называются эмиттером (Э), базой (Б) и коллектором (К). P-n-переход между эмиттером и базой называют эмиттерным, между коллектором и базой – коллекторным. Взаимодействие между переходами обеспечивается благодаря тому, что расстояние между ними (толщина области базы) много меньше диффузионной длины неосновных носителей в базе.

На условном графическом изображении транзисторов p-n-pиn-p-nтипов (рис.1.1.) стрелка показывает условное (от плюса к минусу) направление тока в проводе эмиттера при прямом напряжении на эмиттерном переходе.

Существует три основные схемы включения транзистора: схема с общим эмиттером ОЭ, с общей базой ОБ и общим коллектором ОК.

Если к эмиттерному переходу подключить источник э.д.с. E_Э в прямом направлении, а к коллекторному источник –E_К в обратном, то такой режим работы транзистора называетсяактивным. В этом случае сопротивление эмиттерного перехода мало и для получения тока в рабочем диапазоне в этом переходе достаточно напряжения Е_Эв десятые доли вольта. Сопротивление коллекторного перехода велико, поэтому напряжение Е_Кобычно составляет единицы или десятки вольт. Напряжения между электродами транзистора связаны зависимостью

. (1.1)

При работе транзистора в активном режиме обычно U_БЭ<<U_КБи, следовательно,U_КЭ≈U_КБ.

Рассмотрим физические процессы в активном режиме, протекающие в транзисторе p-n-p-типа включенного по схеме с ОБ (рис.1.2).

Рисунок 1.2 – Структура p-n-pтранзистора , включенного по схеме с ОБ.

При увеличении прямого входного напряжения U_БЭпонижается потенциальный барьер в эмиттерном переходе и соответственно возрастает ток через этот переход – ток эмиттераI_Э. Дырки, инжектированные из эмиттера в базу, благодаря диффузии проникают сквозь базу в коллекторный переход. Так как коллекторный переход находится под обратным напряжением, то его электрическое поле способствует продвижению (экстракции) через коллекторный переход дырок, пришедших в базу из эмиттера, т.е. втягивает дырки в область коллекторного перехода, увеличивая ток коллектораI_К.

Так как толщина базы достаточно мала и концентрация электронов в ней невелика, то лишь небольшая часть дырок рекомбинирует в базе с электронами, образуя ток базы I_Б. Поскольку ток коллектора получается меньше тока эмиттера, то в соответствии с первым законом Кирхгофа:

. (1.2)

В рабочем режиме в цепь коллектора подключается нагрузка, поэтому ток в выходной цепи определяется как изменением входных тока и напряжения, так и напряжением коллектор – эмиттер U_КЭ. В связи с этимU_КЭ=E_К–I_К*R_Н. Это уравнение называетсявыходнойнагрузочной характеристикой, которую строят по двум точкам А и В (рис.1.3,б) в координатах (I_К,U_КЭ) при заданныхR_КиE_К. Из режима х.х.:I_К= 0. ТогдаU_КЭ= Е_К(точка А). Из режима к.з.:U_КЭ= 0,(точка В). Полученная таким образом нагрузочная характеристика АВ (рис.1.5,б) отражает зависимость токаI_Кколлектора от изменяющихся тока базыI_Б, и находящегося с ним в зависимости напряжения на коллектореU_КЭпри условияхE_К=constиR_Н=const. Точки пересечения линии АВ со статическими выходными характеристиками определяют значения тока коллектораI_Кпри заданном токеI_Ббазы. Так приI_Б=I_Б2токI_К=I_К2, аI_К2*R_К=E_К–U_К2.

Б

Входная нагрузочная характеристика транзистора связывает входное напряжение U_БЭс входным токомI_Бпри неизменных Е_КиR_Н(рис.1.3). Для ее построения необходимо произвести ряд действий:

- построить нагрузочную характеристику;

- по точкам пересечения линии нагрузки АВ со статическими характеристиками определить I_БиU_КЭ;

- перенести их на семейство статических входных характеристик;

- полученные точки соединяют плавной кривой.

При напряжениях U_КЭ>0,5В динамическая входная характеристика практически совпадает со статической.

На динамической выходной характеристике задается точка покоя Р (рис.1.3,б) транзистора. При отсутствии входного сигнала ее координаты (I_К0,U_К0) определяются параметрами коллекторной цепи, зависящими от сопротивления нагрузки, а так же цепями смещения устанавливаемыми во входную цепь (на рисунках не показаны). Для смещения точки покоя Р изменяют токI_Б0и напряжениеU_БЭ0смещения во входной цепи.

Работа транзистора может происходить в трех режимах (рис.1.3,б), каждый из которых определяется полярностью напряжения на эмиттерном и коллекторном переходах:

а) активный режим (1-Б), используемый для усиления и генерации сигналов; его получают когда эмиттерный переход смещен в прямом, а коллекторный – в обратном направлениях;

б) инверсный режим (на рисунке не показан, т.к. находится в третьем квадранте выходных характеристик), противоположный активному, при этом эмиттерный переход смещен в обратном направлении, а коллекторный – в прямом;

в) режим отсечки (А-1) – транзистор заперт; этот режим, используемый для коммутации электрических цепей, получают когда оба p-n-перехода смещены в обратном направлении, а в цепи коллектора протекает тепловой (обратный) токI₀;

в) режиме насыщения (точка Б); оба перехода смещены в прямом направлении, через транзистор протекает ток насыщения, ограничиваемый только сопротивлением R_К, а падение напряжения на транзисторе минимальное.

Последние два режима используются для работы транзистора в импульсном переключающем режиме.