4.6. Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

- наименование, цель и программу работы;

- принципиальную схему лабораторной установки;

- описание хода выполненной работы с включением по его тексту:

- таблиц с экспериментальными данными и графики экспериментально снятых ВАХ;

- анализ полученных результатов, оформленный в виде выводов по работе.

4.7. Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключается цель данной работы и какова программа исследований, которую нужно выполнить в ней?

2. Как снимают ВАХ исследуемых приборов?

3. Какие измерительные приборы позволяют измерить напряжения и токи излучающего диода?

4. Какие измерительные приборы позволяют измерить напряжения и токи фотодиода, фототранзистора, фототиристора?

5. Пояснить назначение переключателей VD,VS,VT,S4.

6. Как выглядят ВАХ фотодиода, фототранзистора, фототиристора?

7. Что называют темновым сопротивлением, током?

8. Что такое удельная чувствительность? Как она определяется?

9. Нарисуйте энергетическую характеристику фотодиода и объясните ее.

10. * Объясните принцип действия фотодиода в фотодиодном режиме работы. Нарисуйте схему включения и ВАХ.

11. * Объясните принцип действия фотодиода в фотогальваническом режиме работы. Нарисуйте схему включения, ВАХ.

12. * Принцип действия фототранзистора. Изобразите его ВАХ.

13. Объясните принцип действия фототиристора.

14. Перечислите основные типы оптопар. Нарисуйте схемное изображение.

Примечание: * - вопросы, наиболее часто задаваемые к защите лабораторной работы. При ответе на ВСЕвопросы необходимо на рисунке структуры полупроводникового прибора показать,какиеносители зарядовкуда, под действиемчегодвижутся, и кчему(появлению каких токов) это приводит.

4.8. Рекомендованная литература

1. Жеребцов И.П. Основы электроники. – Л.: Энергоатомиздат, 1990.

2. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. – М.: Высш. шк., 1982.

3. Тугов Н.М. Полупроводниковые приборы. – М.: Энергоатомиздат, 1990.

4. Основы промышленной электроники: Учебник / В.Г. Герасимов и др. – М.: Высш. шк., 1986.

Приложение 1. Описание лабораторного стенда 87л-01 «Луч»

Большая часть лабораторных работ, описанных в настоящем пособии, выполняется на универсальном лабораторном стенде 87Л-01 «Луч».

В комплект оборудования 87Л-01 «Луч» входят:

• лабораторный стенд;

• блок монтажных полей БМП;

• сменные панели;

• съемные элементы и соединительные провода;

• пенал оперативного набора съемных элементов;

• осциллограф.

Лабораторный стенд (рис. 1) содержит: генератор прямоугольных импульсов ГПИ; генератор звуковой час­тоты ГЗЧ; генератор радиочастоты ГРЧ; блок питания и коммутации БП; ампервольтметр АВМ1 и ампервольтомметр АВО; ампервольтметр АВМ2 и милливольтметр MB; частотомер ЧМ и измеритель выхода ИВ. Он комплектуется также дополнительными элементами — четырьмя перемычками и тремя блоками-переходниками (рис. 3 – 6).

Генератор прямоугольных импуль­сов ГПИ вырабатывает прямоугольные импульсы поло­жительной и отрицательной полярностей (гнезда «_|¯|_» и «¯|_|¯»), преобразуемые из выходного сигнала ГЗЧ и совпадающие с ним по частоте. Амплитуды импульсов одинаковы и регулируются плавно и одновременно от 0 до 3 В ручкой «Амплитуда», а длительность изменяется руч­кой «Длительность» не менее чем в 2 раза в каждом диапа­зоне. Для получения на выходе ГПИ импульсной после­довательности со скважностью, близкой к 10, переключате­ли «Диапазон» ГПИ и ГЗЧ следует установить в одина­ковые положения. Если необходима большая скважность, переключатель «Диапазон» ГПИ устанавливают на более высокий частотный предел.

Генератор звуковой частоты ГЗЧ выраба­тывает синусоидальное напряжение, амплитуда которого автоматически поддерживается постоянной во всем час­тотном диапазоне и плавно регулируется от 0 до 0,5 В дей­ствующего значения ручкой «Амплитуда». Выход генера­тора снабжен делителем, позволяющим уменьшать выход­ной сигнал в 10 и 100 раз (гнезда «I : 10» и «I : 100»). Для измерения выходного напряжения ГЗЧ служит изме­ритель выхода ИВ, переключатель которого устанавливают в положение «ГЗУ» (предельное значение шкалы ИВ составляет 1 В действующего значения). Полный диапазон частот, перекрываемый ГЗЧ, составляет 20 Гц — 100 кГц и разбит на четыре поддиапазона, для выбора одного из которых служит переключатель «Диапазон» В пределах каждого поддиапазона частота плавно регулируется ручкой «Частота». Частоту выходного сигнала ГЗЧ измеряют частотомером ЧМ стенда, для чего переклю­чатель ИВ переводят в положение «ЧМ», а тумблер ИВ — в положение «ГЗЧ». Переключателем частотомера выби­рают один из семи поддиапазонов, в пределах которого находится измеряемая частота.

Рис.1.

Рис.2.

Рис.3.

Рис.4.

Рис.5.

Рис.6.

Генератор радиочастоты ГРЧ состоит из двух сопряженных по частоте генераторов: основного и ге­теродина. Основной генератор перестраивается плавно ручкой «Частота» и перекрывает диапазон частот 415— 515 кГц. Амплитуда его выходного сигнала автоматически поддерживается постоянной во всем диапазоне перестрой­ки плавно регулируется ручкой «Амплитуда» от 0 до 0,3 В действующего значения. Основной генератор имеет два выхода: высокоомный и низкоомный (гнезда «ГТ» и «ГН»). Колебания основного генератора могут быть промодулированы по амплитуде выходным сигналом ГЗЧ. Глубина модуляции плавно изменяется ручкой «Глубина модуля­ции» от 0 до 100 %, а частота модулирующего сигнала определяется частотой ГЗЧ. Для измерения выходного напряжения основного генератора используют измеритель выхода ИВ, для чего его переключатель устанавливают в положение «ГРЧ» (предельное значение шкалы ИВ сос­тавляет 1 В действующего значения). Частоту основного генератора измеряют частотомером ЧМ стенда, для чего переключатель и тумблер ИВ устанавливают в положение «ЧМ», а тумблер и переключатель частотомера — соответ­ственно в положения «f_x— 465 кГц» и «100 кГц». Частото­мер при этом показывает разность частот f_чмосновного генератора и гетеродина ЧМ, генерирующего сигнал час­тотой 465 кГц. Знак отклонения частоты основного гене­ратора от 465 кГц определяют вращая ручку ГРЧ «Час­тота» по часовой стрелке.

В зависимости от того, показывает индикатор часто­томера увеличение или уменьшение измеряемой разности частот, частоту ГРЧ соответственно рассчитывают по формулам

f_грч = f_x= 465 кГц + f_чм ;

f_грч=f_x= 465 кГц -f_чм

Выходное напряжение гетеродина ГРЧ не регулирует­ся и составляет примерно 1 В действующего значения, а его частота отличается от частоты основного генерато­ра в любой точке диапазона перестройки на 465 кГц и лежит в пределах от 880 до 980 кГц. Точность сопряже­ния основного генератора и гетеродина при расстройке относительно средней частоты на ± 30 кГц составляет± 3 кГц.

Блок питания и коммутации БП выраба­тывает все необходимые напряжения, которые через разъемы внутристендового монтажа поступают на соот­ветствующие блоки стенда. Две группы тумблеров — «ГПИ», «ГЗЧ», «ГРЧ» и «АВО», «MB», «ЧМ» — служат для включения блоков стенда, необходимых для прове­дения конкретной лабораторной работы. Тумблером «Сеть» первичная обмотка трансформатора стенда под­ключается к сети. При этом загорается лампа, сигнали­зирующая о поступлении сетевого напряжения на сило­вой трансформатор. Для подачи напряжения на иссле­дуемые схемы блок питания имеет пять источников: ИП, ГТ, ГН1 — ГНЗ, выходные зажимы которых выведены на его лицевую панель.

Источник переменного напряжения ИП обеспечивает на зажимах «~15 В» одинаковые и противофазные относительно зажима «Общ.» напряжения. Переключе­нием тумблера ИП можно получить два значения этих напряжений: 15 и 17,25В. Для измерения выходного напряжения ИП следует установить переключатель ИВ в положение «25 В ИП».

Генератор тока ГТ является источником постоянного тока и обладает большим внутренним сопротивлением, поэтому его выходной ток практически не зависит от сопротивления нагрузки. Максимальный выходной ток ГТ составляет 10 мА и может быть измерен ИВ при переводе его переключателя в положение «1 мА» или «10 мА». Устанавливают выходной ток ГТ по ИВ при закороченных зажимах ГТ. Выходной ток ГТ плавно регулируется ручками «Грубо» и «Точно».

Генератор напряжения ГН1 является источником постоянного напряжения, обладает малым внутренним сопротивлением, и его выходное напряжение плавно регу­лируется от + 0,5 до — 7В ручками «Грубо» и «Точно». Полярность выходного напряжения ГН1, указанная на лицевой панели БП, соответствует интервалу его регули­рования от + 0,5 В до 0. При регулировании выходного напряжения ГН1 от 0 до — 7В его полярность противо­положна указанной. Выходное напряжение ГН1 изме­ряется ИВ при переводе его переключателя в положение «I В» (при изменении выходного напряжения ГН1 в пре­делах от + 0,5 В до 0) и «— 10 В» (при изменении выходного напряжения ГН1 в пределах от 0 до —7В).

Генератор напряжения ГН2 является стабилизирован­ным источником питания, его выходное напряжение плав­но регулируется в пределах от 0,5 до 15 В ручками «Гру­бо» и «Точно». Ток нагрузки, при котором срабатывает защита ГН2, составляет 200 мА при выходном напря­жении 15 В. При уменьшении выходного напряжения ток срабатывания защиты уменьшается. Выходное напряже­ние ГН2 измеряется ИВ при переводе его переключателя в положение «25 В ГН2».

Генератор напряжения ГНЗ является источником пи­тания; его выходное напряжение плавно изменяется в пре­делах от 0 до 100 В одним регулятором и измеряется ИВ при переводе переключателя в положение «100В ГНЗ».

Ампервольтметр АВМ1 имеет пять пределов измерения постоянного напряжения (1; 2,5; 5; 10; 25 В) и шесть пределов измерения постоянного тока (0,5; 1; 5;10; 50; 100 мА).

Ампервольтметр АВО имеет четыре предела измерения постоянного напряжения (0,1; 0,5; 1;5 в), три предела измерения постоянного тока (10;100 мкА; 1 мА) и четыре предела измерения сопротивле­ния (0,1; 1; 10; 100 к0м). При измерении сопротивления шкала АВО линейная.

Ампервольтметр АВМ2 аналогичен прибору АВМ1, имеет шесть пределов измерения постоянного напряжения (0,5; 1; 5; 10; 50; 100 В) и пять пределов измерения постоянного тока (0,5; 1; 5; 10; 50 мА).

Милливольтметр MBслужит для измерения малых переменных напряжений на шести пределах (5;10; 50; 100; 500 мВ; 1 В) и больших — на пяти пределах (5; 10; 10; 100; 250 В). При измерении больших напря­жений зажимы МВ изолированы от провода заземления стенда.

Частотомер ЧМ служит для измерения частоты выходных сигналов ГЗЧ и ГРЧ (основного генератора), а также любого внешнего генератора периодических сигналов независимо от их формы. При измерении частоты сигнала внешнего генератора сигнал подается на зажим «f_x». Частотомер имеет шесть пределов измере­ния частоты (0,1; 0,5; 1; 5; 10; 50; 100 кГц) и линейную шкалу. Измеритель выхода ИВ, работа которого рассматривалась выше при всех положениях его пере­ключателя и тумблера, кроме «25 В», при этом положе­нии измеряет подводимое к его зажимам постоянное внешнее напряжение.

Блок монтажных полей БМП предназначен для сбор­ки исследуемой схемы после установки соответствующей сменной панели и состоит из двух параллельных жестко связанных гетинаксовых плат (монтажных полей), на которых размещены контактные гнезда, электрически соединенные между собой в определенном порядке. Этот блок крепится к корпусу стенда над блоком питания между приборными стойками. Каждое монтажное поле снабжено штырями для точного ориентирования относи­тельно него сменных панелей при установке их в рабочее положение.

Сменные панели представляют собой древесноволокнистые плиты, размер которых равен размеру монтаж­ного поля. На лицевые поверхности сменных панелей нанесены изображения исследуемых электрических схем. Каждая сменная панель устанавливается только на то монтажное поле, ориентирующие штыри которого сов­падают с отверстиями в ней. Правильность выбора ра­бочей стороны блока монтажных полей определяют так­же по маркировке сменной панели (шифр изделия, но­мер сменной панели и лабораторной работы). Если мар­кировка нанесена в левом нижнем углу сменной панели, следует использовать монтажное поле 1, а если в левом верхнем углу - монтажное поле 2.

Сменные панели хранят отдельно.

Следует отметить, что изображения измерительных приборов на сменных панелях выполнены с некоторыми отступлениями от ГОСТов.

Съемные элементы и соединительные провода пред­назначены для сборки исследуемых схем. Съемные эле­менты устанавливают на монтажное поле через отверстия в сменной панели, имеющиеся на условных графических обозначениях элементов (на рис. 1 эти отверстия хороши видны). Монтажное поле выполнено так, что после уста­новки всех необходимых элементов исследуемая схема оказывается собранной (смонтированной). Соединитель­ными проводами к ней подключают источники питания, измерительные приборы, подают сигналы от генераторов и др. (рис. 2).

Сборка исследуемой схемы занимает несколько минут, причем возможны замена любого ее элемента, имитация его выхода из строя, измерение напряжения в любой точ­ке или тока в любом проводе и др. Дополнительные элементы — четыре перемычки и три блока-переходника (рис. 3 – 6). Они расширяют возможности исследования вариантов схем и позволяют ввести дополнительные регу­лировки и точки измерения.

Блок-переходник, показанный на рис..3, а, позволяет:

• включить реостатом съемный элемент, выполненный как потенциометр (рис. 1.4, а);

• получить дополнительную контрольную точку для под­ключения вольтметра или осциллографа (рис. 4, б);

• закоротить участок цепи и вывести контрольную точку (рис.4, в).

Блок-переходник, показанный на рис. 3, б, позволяет:

разорвать цепь с переключением вывода элемента в другую цепь (рис.5,а);

включить измеритель тока в цепь съемного .элемента (рис. 5, б);

включить последовательно два съемных элемента (рис. 5, в).

Блок-переходник, показанный на рис. 3, в, позволяет:

включить вольтметр параллельно съемному элементу (рис. 6, а);

включить параллельно два съемных элемента (рис.6, б);

вывести две дополнительные контрольные точки от съемного элемента (рис. 6,в).

Съемные элементы хранятся на задней стенке стенда (за блоком монтажных полей).

Пенал оперативного набора предназначен для уста­новки в него необходимых съемных элементов и соедини­тельных проводов. Укомплектованный пенал выдается учащимся, а после выполнения лабораторной работы и разборки схемы исследования возвращается ими препо­давателю также укомплектованным.

Осциллограф используется для визуального наблюдения процессов в исследуемых схемах и некоторых измере­ний. Если при выполнении работы осциллограф не нужен, его следует снять с платформы и убрать.