ПРИЛОЖЕНИЕ1

1. Диоды.

2. Стабилитроны.

3. Транзисторы в схеме с общей базой.

4. Транзисторы в схеме с общим эмиттером.

5. Усилительный каскад на транзисторе.

6. Бестрансформаторный усилитель мощности.

7. Операционные усилители.

8. Логические устройства.

9. Элемент транзисторно-транзисторной логики.

10. Элемент КМОП структуры.

11. Элемент эмиттерносвязанной логики.

12. Мостовой выпрямитель и фильтр.

13. Компенсационный стабилизатор напряжения непрерывного регулирования.

Комплект бланков отчётов по лабораторным работам содержится в приложении 2.

1. Диоды.

Полупроводниковый диод – это прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом и двумя выводами. В качестве выпрямляющего электрического перехода используется электронно-дырочный переход, разделяющий p- и n-области кристалла полупроводника. К p- и n-областям привариваются или припаиваются металлические выводы, и вся система заключается в металлический, металлокерамический, стеклянный или пластмассовый корпус. В зависимости от технологии изготовления материалов полупроводников диоды могут использоваться в различных устройствах преобразования электрических и неэлектрических возбуждающих факторов. Возбуждающими факторами, изменяющих состояние p-n перехода, являются: электрическое напряжение, всякого рода радиация, электрическое или магнитное поле, температура, факторы внешних условий. Промышленностью выпускаются многочисленные типы диодов, выполняющих различные функции. Классификация современных полупроводниковых диодов по назначению, физическим свойствам, основным электрическим параметром, конструктивно-технологическим признакам, роду исходного материала находят отражение в системе условных обозначений. В основу обозначений положен цифробуквенный код и условное графическое обозначение (УГО).

По отечественному стандарту ОСТ 11 336.919-81 цифробуквенный код имеет пять элементов. Первый элемент буква или цифра указывает на исходный материал полупроводника, на основе которого выполнен прибор. Второй элемент – это буква определяет класс диода, его функциональное назначение. Третий – первая цифра числа определяет пределы параметров, назначение или принцип действия. Четвёртый – оставшиеся цифры числа указывают на порядковый номер разработки технологического типа прибора или уточняющие параметры диода. Пятый элемент – буква, условно определяет разновидность по параметрам приборов, изготовленных по единой технологии.

Первый элемент имеет обозначения исходного материала символами:

Г или 1 – для германия или его соединений;

К или 2 – для кремния или его соединений;

А или 3 – для соединений галлия (арсенид галлия);

И или 4 – для соединений индия (фосфид индия).

Второй элемент указывает на класс диодов и обозначается буквой:

Д – выпрямительные и импульсные диоды, используют вентильные свойства p-n перехода (рис1а).

Ц – несколько выпрямительных диодов в одном корпусе.

В – варикапы, используют свойство увеличения толщины электрического поля p-n перехода при обратном включении (рис. 1б).

С – стабилитроны, используют электрический пробой при обратном включении, после которого поддерживается постоянное напряжение при значительных изменениях тока (рис. 1в).

И – туннельные диоды, используют туннельный пробой в начале прямой характеристики p-n перехода (рис. 1г).

Г – генераторы шума, используют неравномерность поверхности p-n перехода (рис. 1а).

Л – оптоэлектронные приборы, фотодиоды (рис.1д) используют изменение проводимости под действием света, светодиоды (рис.1е) используют принцип рекомбинации основных носителей при прямом включении.

Третий и четвёртый элементы – это трёх- или четырёх-значное число в каждом классе диодов указывают назначение, принцип использования, предельные и уточняющие параметры диода

ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ.

Выпрямительные диоды по классификации класса Д, используют вентильные свойства p-n перехода, и применяются в выпрямителях переменного и импульсного тока. В качестве исходного материала используют германий, кремний или арсенид галлия. В третьем элементе классификации первая цифра числа указывает на функциональное применение диодов:

1 – выпрямительные (силовые) со средним выпрямленным током до 0,3 А;

2 –выпрямительные (силовые) с выпрямленным током свыше 0,3 А;

3 – универсальные диоды (магнитодиоды, термодиоды, и прочие);

4 – универсальные диоды (импульсные диоды с временем восстановления более 500 нс);

5  9 – импульсные диоды с временем восстановления обратного сопротивления до 500 нс для 5, и десятки-сотни пс для 9.

Для выпрямительных диодов класса Ц:

1 – столбы со средним выпрямленным током до 0,3 А;

2 – столбы и наборы диодов со средним выпрямленным током от 0,3 до 10А;

3 – блоки диодов со средним выпрямленным током до 0,3 А;

4 – блоки диодов со средним выпрямленным током от 0,3 до 10 А;

5 - блоки диодов со средним выпрямленным током свыше 10 А.

Примеры расшифровки диодов:

2Д202В – кремниевый выпрямительный диод со средним прямым (выпрямительным) током свыше 0,3 А, второй технологической разработки, группы В.

ГД507Б – германиевый импульсный диод с временем восстановления до 500 нс, седьмой технологической разработки, группы Б.

К основным параметрам относят:

• максимальное значение прямого или выпрямленного тока I_макс. По этому параметру выпрямительные диоды классифицируют на маломощные (I_пр 0,3 А), средней мощности (I_пр 10 А), большой мощности (I_пр 10 А);

• максимальное обратное напряжение U_ОБР;

• максимальная частота входного напряжения _МАКС. По этому параметру выпрямительные диоды классифицируют на низкочастотные (_МАКС  1 кГц) и высокочастотные (_МАКС  1кГц);

• прямое падение напряжение на диоде при заданном прямом токе U_д0;

 обратный ток при заданном обратном напряжении I_обр.

Для универсальных и импульсных диодов завод изготовитель представляет дополнительные параметры.

П о технологии изготовления диоды разделяются на точечные, плоскостные (сплавные) и диффузионные. В точечном диоде p-n переход образуется в месте контакта небольшой пластины полупроводника и острия металлической проволоки (пружины). Плоскостные и диффузионные имеют плоский электрический переход, линейные размеры которого, определяющие его площадь, значительно больше ширины p-n перехода. На рис.2 б) и 2 в) представлены конструкции точечного и плоскостного диодов.

Рис. 2. Условно-графическое обозначение (а); конструкция точечного диода в стеклянном корпусе (б); конструкция диффузионного диода (в); вольтамперные характеристики p-n перехода и реального диода (г).

Плоскостные и диффузионные диоды способны пропускать значительные токи, поэтому применяются в силовых цепях. В кодовой классификации силовые выпрямительные диоды имеют цифры 1 или 2. За счёт большой пощади p-n перехода имеют большую ёмкость. Вследствие этого использование диодов возможно в низкочастотном диапазоне (до 100 кГц). Универсальные диоды с цифрами 3 и 4 изготавливают в основном по диффузионной и мезапланарной технологии. Диоды имеют значительно меньшую ёмкость и могут быть использованы для преобразования электрических сигналов в частотном диапазоне до 10 МГц. Импульсные диоды с цифрами 5,6,7,8,9 изготавливают в основном по точечной и эпитаксиальной технологии, при которой ёмкость перехода может составлять доли и единицы пикофарад. Рассасывание неосновных носителей в области перехода, т.е. восстановление сопротивления диода, может составлять пикосекунды.

Применение выпрямительных диодов основано на их односторонней проводимости. Это свойство заключается в том, что диод оказывает очень малое сопротивление току, протекающему в одном (прямом) направлении и очень большое сопротивление току, протекающему в другом (обратном) направлении. Прямое включение диода будет в том случае, когда напряжение в цепи анода будет больше напряжения в цепи катода. Обратное включение диода будет в том случае, когда напряжение в цепи анода будет меньше напряжения в цепи катода. Прямое и обратное сопротивление диода являются важными параметрами диода и определяют степень согласования его с элементами цепи – источником сигналов и нагрузкой.

Для определения параметров диодов используют вольтамперную характеристику (ВАХ). Характеристики диодов нелинейные в прямом и обратном включении (рис.2г). Статические и динамические параметры можно определять табличным, графоаналитическим методом или методом приращений. Наиболее удобен для практических расчетов метод линейной аппроксимации ВАХ (рис.3), когда имеется реальная характеристика конкретного диода. Для получения пропорционального преобразования с заданной точностью используют ограниченный участок характеристики, который называют рабочим участком. При расчёте характеристику на рабочем участке линеаризируют (аппроксимируют), то есть заменяют прямой линией. Эта линия является касательной в точке исходного режима, а тангенс угла наклона этой линии определяет дифференциальный параметр преобразования элемента. Статический параметр элемента определяется координатными значениями в точке исходного режима. В зависимости от принятого параметра при анализе определяют статическое значение сопротивления R или проводимости Y:

R_пр = ; R_обр = ; ; .

Динамические параметры определяются на отрезке линейного участка по методу характеристического треугольника, как показано на рис. 3, или по методу приращений при наличии таблицы. Для определения дифференциального сопротивления необходимо начертить произвольный прямоугольный треугольник на ВАХ. Значения катетов треугольника используют для расчёта дифференциального параметра. По методу приращений используют соседние значения таблицы в заданном диапазоне токов или напряжений.

r_пр = _; r_обр =; ; .

Мощность, рассеиваемая диодом для прямого и обратного тока определяется по формулам:

Р_ПР = U_ПР I_ПР; Р_ОБР = U_ОБР I_ОБР,

где значения токов и напряжений выбирают при максимальных значениях, которые установлены в данном опыте исследования.

За счёт рассеиваемой мощности на диоде (p-n переходе) выделяется тепло. При увеличении тока в прямом включении I_ПР и при увеличении обратного напряжения U_ОБР происходит увеличение температуры на переходе и может привести к разрушению материала полупроводника. Такое явление называют тепловым пробоем. После теплового пробоя сопротивление диода равно нулю. В обратном включении при некоторых значениях обратного напряжения происходит возбуждение носителей в p-n переходе, и начинает резко возрастать ток. Значение обратного тока может быть соизмеримой с током прямого включения. Такое явление называют электрическим пробоем. Сопротивление после электрического пробоя очень мало (принято считать сопротивление равным нулю). Если предотвращается при этом тепловой пробой, то при уменьшении обратного напряжения свойства перехода восстанавливаются. Тепловой пробой необратим, электрический пробой обратим.

Для предотвращения теплового пробоя последовательно с диодом необходимо включить ограничительное сопротивление (Рис.4). Величина сопротивления выбирается из условия R_огр.,

где U_м – максимальное напряжение для прямого включения;

U_д0 – прямое падение напряжения на диоде ( справочный параметр);

I_макс. – предельное значение тока в прямом включении (справочный параметр).

Выпрямительные диоды применяются в источниках питания, в детекторах, селекторах, амплитудных ограничителях и других преобразователях электрических сигналов. Для каждой конкретной схемы приходится выбирать диод по предельным энергетическим параметрам и по зависимостям параметров от условий эксплуатации. Основным параметром эксплуатации является температура. При повышении температуры увеличивается возбуждение носителей в полупроводнике и токи возрастают. Температурная зависимость германиевого полупроводника значительно больше, чем у кремниевого.

При анализе схем с диодами используют идеализированную вольтамперную характеристику, представленную на рис.5. Из характеристики следует, что при прямом включении, если напряжение превышает U_д0, то сопротивление диода равно нулю. Цепь диода включена. Это значит, что на диоде падает напряжение U_д0 и при последовательном включении диода на нагрузке исключается сигнал, равный по величине напряжения U_д0. А при параллельном включении добавляется сигнал, равный по величине U_д0. Если не даётся справочный параметр прямого падения напряжения U_д0, то при анализе можно принимать значения напряжения энергетической проводимости p-n перехода (уровень Ферми), которое зависит от материала полупроводника и технологии изготовления p-n перехода. Для германия это напряжение может находится в пределах от 0,2 до 1,5 В, для кремния – в пределах от 0,5 до 2 В. Чаще применяются значения для германия 0,3 В, для кремния 0,7 В.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ ДИОДОВ.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: а) ознакомиться с конструкцией выпрямительных диодов, изучить работу выпрямительных диодов;

б) снять вольтамперную характеристику ( ВАХ ) диода типа ______

в)определить параметры по характеристикам.

2. СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ДИОДА ________:

-U_Д0 – постоянное прямое напряжение не более ____

-I_обр – постоянный обратный ток при максимальном обратном напряжении ____

– U_ОБР – предельное обратное напряжение _______

– I_МАКС – предельный средний выпрямленный ток _______

– P – средняя рассеиваемая мощность на диоде _______

3. СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ ДИОДА:

4. ОБОРУДОВАНИЕ

4.1. Ознакомится с установкой для проведения лабораторной работы, и собрать схему. Установка содержит:

- блок цифровых измерителей – два вольтметра, два амперметра и универсальный измеритель (АмперВольтОмметр) АВО;

- панели управления регулируемыми источниками питания;

- панели стендов для исследования изучаемых элементов, схем и устройств.

В установке имеются пять регулируемых источников питания: +U1, -U2, +E1, -E2 с пределами установки от 0 до 22 В ±20%, +E3 с пределом установки от 0 до 400 В ±20%. Для установки заданного напряжения на панели управления используются два потенциометра. Один используется как установочный (грубо), а второй регулировочный (плавно).

Каждый измеритель имеет встроенный кабель на входе. Вольтметры имеют одиночный проводник, с помощью которого измеряется напряжение в заданной точке относительно общей (корпуса установки). Амперметры имеют кабель из двух проводников с вилкой на конце. Для подключения амперметра на панелях стендов встроены гнёзда для вилки. Гнёзда установлены таким образом, чтобы цепь замыкалась амперметром.

4.2. Для проведения лабораторной работы используется стенд общего назначения, приборы измерительного блока (один вольтметр и один амперметр) и регулируемый источник питания U1 (положительной полярности). На печатной плате припаян исследуемый диод и два контактных вывода. Перед сборкой схемы необходимо изучить расположения элементов на стенде и на установке..

На стенде имеются гнёзда и схема соединений.

- Гнёзда с индексами U1, U2, E1, E2, E3 используются для подключения амперметров. К этим гнёздам подключены выходы соответствующих источников питания.

- Гнёзда на выходе амперметров предназначены для подключения вольтметров.

- Три гнезда предназначены для подключения печатной платы.

- переключатель положения включения.

Собрать схему исследования:

- Установить пределы измерения в амперметре 20 мА; в вольтметре 20 В.

- Вставить вилку амперметра в гнездо «U1».

- Проводник вольтметра вставить в гнездо на выходе амперметра.

- Включить источник питания U1 на панели управления. Потенциометр «грубо» установить в крайнее правое положение, а потенциометром «плавно» проверить пределы установки напряжения. Если изменения напряжения происходят в пределах от 0 и до того, когда начинает мигать табло вольтметра (превышение предела), можно считать цепь исследования исправной.

-Установить напряжение, равное 2 В. Для того, чтобы точно установить заданное напряжение необходимо потенциометром «грубо» установить напряжение превышающее заданное на 20-40%, а затем потенциометром «плавно» установить точное значение.

- Вставить печатную плату с диодом и определить включение диода. Если напряжение не изменилось – это обратное включение. Если напряжение стало меньше 1 В, а ток более 1 мА – это прямое включение. Смена схемы включения диода может осуществляться изменением положения переключателя S1 или изменением положения печатной платы.

На этом можно считать, что схема подготовлена для проведения измерений.

Для того, чтобы проводить измерения для ВАХ, необходимо выбрать методику и предельные значения тока и напряжения. Учитывая непрерывность нелинейной характеристики, измерения проводятся классическим методом. При этом методе выбираются максимальные значения величин, при которых исключается вероятность теплового пробоя, и определяется равномерный шаг тока или напряжения. Для выпрямительных диодов в прямом включении  это предельное значение тока, а при обратном включении – напряжение. Далее выбирается параметр равномерного распределения, который устанавливается, и для каждого устанавливаемого значения проводят измерения второго параметра.

5. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

5,1 Провести измерения для определения ВАХ диода в прямом включении.

Для прямого включения выбирается предельное значение тока, равное 15 мА. Это значение устанавливается источником U1. Измеряется напряжение при этом токе и записывается в последнюю графу таблицы – графа максимального тока. Рассчитывается шаг изменения напряжения. Для этого максимальное напряжение при токе 15 мА делится на 7

Расчётные значения напряжений записываются в таблицу. Устанавливая расчётные значения напряжений на диоде, измеряется ток, и записываются результаты в соответствующие клетки таблицы 1.

Таблица 1.

UПР, В	0
IПР,мА								15

4.2. Провести измерения для определения ВАХ диода в обратном включении, и заполнить таблицу 2.

Таблица 2.

UОБР, В	0	4	8	12	16	20
IОБР,мкА

4.3. Зарисовать ВАХ диода в прямом и обратном включении в единой системе координат.

4.4. Рассчитать параметры диода.

Сопротивления рассчитывать при прямом напряжении 0,6В и обратном напряжении 8 В.

1. Мощность рассчитывать при максимальных значениях прямого и обратного тока:

Р_ПР = U_ПР I_ПР; Р_ОБР = U_ОБР I_ОБР

2. Сопротивления и проводимости по постоянному току:

R_пр = ; R_обр = ; ; .

4_. Дифференциальные сопротивления и проводимости:

r_пр = _; r_обр =; ; .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Какое напряжение на диоде называется прямым? Какое напряжение называется обратным?

2. Какие виды пробоя бывают в p-n переходах? Какой пробой необратим?

3. Какое сопротивление имеет пробитый диод?

4. Почему прямое сопротивление диода во много раз меньше обратного?

5. Объясните при помощи ВАХ принцип действия выпрямительного диода.

6. Как определить по ВАХ основные параметры диода?

7. Поясните систему маркировки диодов.

8. По какому признаку диоды делятся на плоскостные и точечные?

9. Какие параметры диода относятся к предельно допустимым?

10. Как изменяются токи диодов при повышении температуры?

11. Почему выпрямительные диоды не используют на высоких частотах?

12. Как изменяется напряжение пробоя у кремниевых и германиевых диодов при повышении температуры?

13. Чем отличаются свойства кремниевых и германиевых диодов?

14. Как объяснить рост тока диода при повышении температуры?

СТАБИЛИТРОНЫ.

Стабилитрон – это полупроводниковый прибор с двумя выводами. Стабилитроны относятся к диодам класса «С». При некотором обратном напряжении за счёт мощного электрического поля в p-n переходе может возникнуть ударная ионизация электронов и произойдёт лавинообразное возрастание тока через p-n переход. Это явление называют электрическим пробоем. После электрического пробоя напряжение на диоде практически остаётся постоянным при значительных изменениях протекающего тока. Если предотвращен тепловой пробой, при уменьшении обратного напряжения переход восстанавливается.

Особенностью этих диодов является то, что промышленностью выпускаются только кремниевые стабилитроны. Это связано с тем, что кремниевые полупроводники обладают значительно меньшей температурной нестабильностью по сравнению с другими полупроводниковыми материалами. Стабилитрон обладает нелинейными вольтамперными характеристиками (ВАХ), как в прямом, так и в обратном включении. Прямым включением считается тот случай, когда напряжение в цепи анода будет больше, чем напряжение в цепи катода, при обратном включении напряжение в цепи анода меньше напряжения в цепи катода. ВАХ прямого включения повторяет характеристику p-n перехода, ВАХ обратного включения зависит от характера электрического пробоя. В обоих случаях имеются участки, на которых напряжение на стабилитроне мало зависит от тока.

Кремниевые стабилитроны представляют собой особую группу диодов, режим работы которых характеризуется обратной ветвью ВАХ в области электрического пробоя (рис.1).Основными точками характеристики, которые определяют параметры стабилитрона, являются:

1. U_пр – напряжение пробоя, при котором начинает резко возрастать ток при обратном включении;

2. U_ст – напряжение стабилизации, это напряжение на рабочем участке характеристики при заданном токе через диод. В настоящее время промышленностью серийно выпускаются стабилитроны с номинальным значением стабилизации от 0,7 до 180 В при типовом разбросе номинальных значений напряжения U_СТ ±5, ±10 , ±15 %;

3. i_ст.мин –минимальный ток стабилизации определяется минимальным значением тока через стабилитрон, при котором ещё полностью сохраняется работоспособность прибора. На характеристике это начало рабочего участка.

4. i_{ст. макс.} – максимальный ток стабилизации, это максимально допустимый постоянный ток ограничен значением максимально допустимой рассеиваемой мощности Р_макс., зависящей в свою очередь от температуры окружающей среды.

5. R_стат – статическое сопротивление стабилитрона, величина определяемая отношением напряжения стабилизации к току стабилитрона I_ст в данном режиме:

R_стат. = ;

6.r_ст.- дифференциальное сопротивление стабилитрона, величина , определяемая отношением приращения напряжения стабилизации на приборе U_ст. к вызвавшему его малому приращению тока стабилизации i_ст. в заданном диапазоне частот:

r_ст = .

Дифференциальное сопротивление маломощных стабилитронов имеет нелинейную зависимость от тока стабилизации, которая приводится в справочных данных (рис 3).

7. _ст ,( %/ град.С ) – температурный коэффициент напряжения стабилизации определяется относительным изменением напряжения стабилизации , отнесённым к абсолютному изменению температуры окружающей среды Т_ср при постоянном токе стабилизации I_ст:

_ст=

Основное назначение стабилитронов – это стабилизация напряжения в цепи. Электрический пробой при обратных напряжениях меньших 3В не представляется возможным, поэтому в цепях для стабилизации напряжений меньше 3В используют стабисторы. Стабистор - это полупроводниковый диод, у которого в прямом включении при значительных изменениях тока напряжение остаётся практически постоянным. У стабистора отсутствует электрический пробой. При обратном включении характеристика у стабисторов такая же, как и у выпрямительных диодов.

Практически все параметры стабилитрона очень сильно зависят от температуры. Для получения стабилизированного напряжения, мало зависящего от температуры окружающей среды, применяют различные способы температурной стабилизации U_ст. Простейший способ компенсации состоит в том, что последовательно с кремниевым стабилитроном, имеющим положительное значение коэффициента _ст, включаются один или несколько диодов в прямом включении с противоположными значениями _ст. Промышленностью выпускаются элементы, в которых встроены два кремниевых стабилитрона с последовательным встречным включением. При включении в цепь один из стабилитронов оказывается включённым в прямом включении, а второй в обратном. Таким образом, на элементе при любом включении в цепь падает напряжение, равное сумме напряжений прямого и обратного включения. Такие диоды называют двуханодными стабилитронами (рис1.б). Такие стабилитроны имеют симметричную вольтамперную характеристику.

Стабилитроны, включённые в прямом направлении, как и обычный диод, характеризуется значениями постоянного прямого напряжения U_д0 и максимально допустимого постоянного прямого тока I_пр .

В основу обозначений современных полупроводниковых стабилитронов положен буквенно-цифровой код установленный стандартом ГОСТ 10862-72.

Для стабилитронов первый элемент – цифра 2 или буква К, обозначающие материал – кремний, из которого изготовлен прибор; второй элемент буква С; третий элемент – трёхзначное число, первая цифра которого указывает пределы номинальных значений напряжений стабилизации и предел максимальной мощности, рассеиваемой мощности на приборе (табл.1), а остальные две цифры конкретное значение напряжения стабилизации; четвёртый элемент – буква или сочетание букв указывают на разновидность конструктивных и технологических параметров.

Табл. 1.

1	2	3	Рассеиваемая мощность не более 0,3 Вт, малая мощность
4	5	6	Рассеиваемая мощность от 0,3 до 5 Вт, средняя мощность
7	8	9	Рассеиваемая мощность от 5 до 10 Вт, большая мощность
Ном. Uст от 0,7 до 9,9В 2Цифры до 9,9	Ном. Uст от 10 до 99 В 2Цифры до 99	Ном.Uст от 100до 199 В (100+число)

Основное применение стабилитрона в параметрических стабилизаторах напряжения (ПСН) и амплитудных ограничителях. Наиболее простая и вместе с тем распространённая схема однокаскадного параметрического стабилизатора напряжения (ПСН) и ограничителя амплитуды положительных импульсов с кремниевым стабилитроном приведена на рис. 4. Она представляет собой делитель напряжения, состоящий из сопротивления ограничения R_огр и кремниевого стабилитрона VD, параллельно которому включено сопротивление нагрузки R_н. Такой ПСН обеспечивает стабилизацию выходного напряжения при изменении напряжения питания U_вх и тока I_н в цепи питания нагрузки. В режиме амплитудного ограничителя, когда на вход подаются импульсы положительной полярности, на нагрузке R_н формируются импульсы, амплитуда которых не более напряжения стабилизации U_ст.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛИТРОНОВ.

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

а) ознакомиться с конструкцией стабилитронов, изучить работу стабилитронов;

б) снять вольтамперную характеристику ( ВАХ ) стабилитрона типа ___________ и определить параметры по характеристикам.

2. СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ СТАБИЛИТРОНА ________:

– U_СТ – номинальное напряжение стабилизации при _____

–  U_СТ – разброс напряжения стабилизации от U_СТмин = _____

до U_СТмакс = _____

–U_О– постоянное прямое напряжение _____

– I_ОБР – постоянный обратный ток не более _____

– r_д – дифференциальное сопротивление не более _____

– i_СТмин – минимальный ток стабилизации _____

– i_Стмакс – максимальный ток стабилизации _____

–I_ПР–постоянны прямой ток _____

– Р – средняя рассеиваемая мощность на стабилитроне _____

3. СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ СТАБИЛИТРОНА:

4. ОБОРУДОВАНИЕ

4.1. Ознакомится с установкой для проведения лабораторной работы, и собрать схему. Установка содержит:

- блок цифровых измерителей – два вольтметра, два амперметра и универсальный измеритель (АмперВольтОмметр) АВО;

- панели управления регулируемыми источниками питания;

- панели стендов для исследования изучаемых элементов, схем и устройств.

В установке имеются пять регулируемых источников питания: +U1, -U2, +E1, -E2 с пределами установки от 0 до 22 В ±20%, +E3 с пределом установки от 0 до 400 В ±20%. Для установки заданного напряжения на панели управления используются два потенциометра. Один используется как установочный (грубо), а второй регулировочный (плавно).

Каждый измеритель имеет встроенный кабель на входе. Вольтметры имеют одиночный проводник, с помощью которого измеряется напряжение в заданной точке относительно общей (корпуса установки). Амперметры имеют кабель из двух проводников с вилкой на конце. Для подключения амперметра на панелях стендов встроены гнёзда для вилки. Гнёзда установлены таким образом, чтобы цепь замыкалась амперметром.

4.2. Для проведения лабораторной работы используется стенд общего назначения, приборы измерительного блока (один вольтметр и один амперметр) и регулируемый источник питания U1 (положительной полярности). На печатной плате припаян исследуемый стабилитрон и два контактных вывода. Перед сборкой схемы необходимо изучить расположения элементов на стенде и на установке..

На стенде имеются гнёзда и схема соединений.

- Гнёзда с индексами U1, U2, E1, E2, E3 используются для подключения амперметров. К этим гнёздам подключены выходы соответствующих источников питания.

- Гнёзда на выходе амперметров предназначены для подключения вольтметров.

- Три гнезда предназначены для подключения печатной платы.

- переключатель положения включения.

Собрать схему исследования:

- Установить пределы измерения в амперметре 20 мА; в вольтметре 20 В.

- Вставить вилку амперметра в гнездо «U1».

- Проводник вольтметра вставить в гнездо на выходе амперметра.

- Включить источник питания U1 на панели управления. Потенциометр «грубо» установить в крайнее правое положение, а потенциометром «плавно» проверить пределы установки напряжения. Если изменения напряжения происходят в пределах от 0 и до того, когда начинает мигать табло вольтметра (превышение предела), можно считать цепь исследования исправной.

-Установить напряжение, равное 2 В. Для того, чтобы точно установить заданное напряжение необходимо потенциометром «грубо» установить напряжение превышающее заданное на 20-40%, а затем потенциометром «плавно» установить точное значение.

- Вставить печатную плату с диодом и определить включение диода. Если напряжение не изменилось – это обратное включение. Если напряжение стало равным 0,7 В, а ток более 1 мА – это прямое включение. Смена схемы включения диода может осуществляться изменением положения переключателя S1 или изменением положения печатной платы.

На этом можно считать, что схема подготовлена для проведения измерений.

5.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ВАХ стабилитронов имеют особенности, которые заключаются в том , что ток через стабилитрон начинает протекать при конечных значениях напряжений на стабилитроне. При прямом включении ток практически отсутствует до прямого напряжения около 0,7 В, а при обратном до напряжения пробоя U_проб. Ток при этих напряжениях начинает резко возрастать, а напряжение практически остаётся постоянным. В данной работе более рационально в качестве устанавливаемой величины выбирать ток. Используя справочные данные, выбирается максимальный ток, при котором исключается тепловой пробой. Экспериментально определяется минимальное значение тока, при котором есть приращение напряжения. Это минимальное значение тока использовать для первого значения в измерениях после нуля. Далее необходимо выбирать значения токов, чтобы установить особенности характеристики. Устанавливая токи стабилитрона измерять напряжения. Результаты записываются в таблицу.

5.1 Провести измерения для определения ВАХ стабилитрона в прямом включении, и заполнить таблицу 1.

Таблица 1.

UПР , В
IПР, мА	0	0,03	0,05	1	3	5	10	15

5.2. Провести измерения для определения ВАХ стабилитрона в обратном включении, и заполнить таблицу 2.

Таблица 2.

UОБР , В
IОБР, мА	0	0,03	0,05	1	3	5	10	15

5.3. Зарисовать ВАХ стабилитрона в прямом и обратном включении в единой системе координат.

5.4. Рассчитать параметры стабилитрона.

5. РАСЧЁТНЫЕ ДАННЫЕ.

Расчёт параметров можно проводить по таблицам или по характеристикам.

Дифференциальные сопротивления рассчитывать при значении тока 5 мА в прямом и обратном включении.

Мощность рассчитывать при максимальных значениях проведенного исследования.

По характеристике обратного включения определить минимальный ток стабилизации и напряжение пробоя. Для этого необходимо дополнительно провести прямую линию, лежащую в большей части на характеристике. Точка пересечения с осью напряжений соответствует номинальному значению напряжения стабилизации U_ст. Точка касания характеристики и прямой указывают на координату минимального тока стабилизации i_ст.мин.

Дифференциальное сопротивление в прямом и обратном включении

r_ПР = r_ОБР =

Напряжение пробоя U_ПРОБ =

Напряжение стабилизации U_СТ =

Минимальный ток стабилизации i_Стмин =

Мощность рассеивания Р = i_Стмакс U_СТ

8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. На чём основана работа стабилитрона?

2. Почему для изготовления стабилитрона используют только кремний?

3. Как маркируются стабилитроны?

4. Эквивалентная схема двух анодного стабилитрона. УГО двух анодного стабилитрона.

5. Чем отличается стабилитрон от стабистора?

6. Объясните принцип действия стабилитрона по его ВАХ.

7. Как определить дифференциальное сопротивление стабилитрона?

8.Какое назначение имеет сопротивление R_огр в схеме исследования?

9. Как зависит от температуры напряжение стабилизации?

10. Какие виды электрического пробоя являются обратимыми?

11. В каких устройствах используют стабилитроны?

12.Как изменяется ток стабилитрона при нестабильном входном напряжении и нагрузке?

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ.

Биполярный транзистор – это полупроводниковый трёхслойный прибор с двумя взаимодействующими p-n переходами. В зависимости от чередования областей с различным типом проводимости различают p-n-p транзисторы и n-p-n транзисторы. Транзистор имеет три вывода. Два вывода включаются в цепь преобразования сигналов – силовая цепь между коллектором и эмиттером, а третий является управляющим – база. На рис. 1 представлены упрощённое устройство плоскостного n-p-n транзистора и схемы замещения транзисторов p-n-p и n-p-n. Используя схему замещения представляется возможным осуществлять проверку исправности транзистора вне схемы включения с помощью тестера.

Работа транзистора основана на управлении токами электродов в зависимости от приложенных к его переходам напряжений. От того, каким образом включены источники напряжений, зависит режим работы транзистора и выполняемая функция устройства, в котором используется этот транзистор. Промышленностью выпускается громадная номенклатура транзисторов, которые могут использоваться в различных устройствах преобразования электрических сигналов.

Классификация транзисторов по их назначению, физическим свойствам, основным электрическим параметрам, конструктивным и технологическим признакам, роду исходного материала находит своё отражение в системе условных обозначений их типов. Система обозначений современных типов транзисторов установлена отраслевым стандартом ОСТ 11Ю336.919-81 и базируется на ряде классификационных признаков.

В основу системы обозначений положен буквенно-цифровой код, первый элемент которого обозначает исходный полупроводниковый материал , на основе которого изготовлен транзистор. Для обозначения исходного материала используются следующие символы:

Г или 1 — для германия и его соединений;

К или 2 — для кремния и его соединений;

А или 3 — для соединений галлия

Второй элемент обозначения – буква, определяющая подкласс транзистора.

Т – для биполярных транзисторов;

П – для полевых транзисторов.

Третий—цифра от 1 до 9, определяющая его основные функциональные возможности табл.1 ( допустимое значение рассеиваемой мощности и граничную либо максимальную рабочую частоту)

Таблица 1

1	2	3	Транзисторы маломощные (Рмакс< 0,3 Вт)
4	5	6	Транзисторы средней мощности ( 0,3Вт < Рмакс < 1,5Вт )
7	8	9	Транзисторы большой мощности (Рмакс > 1,5 Вт)
Транзисторы низкочастотные f < 3 МГц	Транзисторы средней частоты 3МГц<f<30МГц	Транзисторы высокочастотные И СВЧ 30МГц<f

Четвёртый элемент это число, обозначающее порядковый номер разработки технологического типа транзисторов ( каждый технологический тип может включать в себя один или несколько типов, различающихся по своим параметрам).

Пятый элемент – буква, условно определяющая классификацию по параметрам транзисторов , изготовленных по единой технологии.