Учебное пособие Рекомендовано учебно-методическим объединением по среднему профессиональному образованию Волгоградской области к использованию в учебном процессе в качестве учебного пособия для учебных заведений спо волгоградской области рпк «Политехник»

Скачать 0.66 Mb.

Название	Учебное пособие Рекомендовано учебно-методическим объединением по среднему профессиональному образованию Волгоградской области к использованию в учебном процессе в качестве учебного пособия для учебных заведений спо волгоградской области рпк «Политехник»
страница	1/5
Тип	Учебное пособие

rykovodstvo.ru > Руководство ремонт > Учебное пособие

1 2 3 4 5

Н. Ю. Шевченко

РУКОВОДСТВО

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ Учреждение

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Н. Ю. Шевченко

Электронная

техника

РУКОВОДСТВО

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

Учебное пособие
Рекомендовано учебно-методическим объединением по среднему

профессиональному образованию Волгоградской области

к использованию в учебном процессе в качестве учебного пособия

для учебных заведений СПО Волгоградской области

РПК «Политехник»

Волгоград

2006

УДК 621.38 (075.8)

Ш 37
Рецензенты: к. т. н. Н. П. Хромов, А. В. Мельситов.

Шевченко Н. Ю. ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА. РУКОВОДСТВО К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ: Учеб. пособие / ВолгГТУ, Волгоград, 2006. – 52 с.
ISBN 5–230–04728–3
Написано в соответствии с курсом «Электронная техника» для студентов специальности 1004 (код по ОКСО 140212) «Электроснабжение промышленных предприятий».

Представлены описания шести лабораторных работ по изучению и измерению основных параметров электронных приборов. Описание каждой лабораторной работы содержит основные теоретические положения, необходимые для подготовки и выполнения лабораторной работы; указания по выполнению работы и оформлению отчета; контрольные вопросы для подготовки к выполнению работы.

Предназначено для студентов СПО специальности «Электроснабжение промышленных предприятий» при подготовке и выполнении лабораторных работ по дисциплине «Электронная техника».
Ил. 52. Табл. 10. Библиогр.: 5 назв.
Печатается по решению редакционно-издательского совета

Волгоградского государственного технического университета

ISBN 5–230–04728–3 © Волгоградский

государственный

технический

университет, 2006

Наталья Юрьевна Шевченко

Электронная техника

РУКОВОДСТВО

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

Учебное пособие

Редактор Просондеев М. И.

Темплан 2006 г., поз. № 20.

Подписано в печать 27. 06. 2006 г. Формат 60×84 ¹/₁₆.

Бумага листовая. Гарнитура ”Times“.

Усл. печ. л. 3,25. Усл. авт. л. 3,06.

Тираж 100 экз. Заказ №
Волгоградский государственный технический университет

400131 Волгоград, просп. им. В. И. Ленина, 28.

РПК «Политехник»

Волгоградского государственного технического университета

400131 Волгоград, ул. Советская, 35.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие составлено применительно к лаборатории ТОЭ электрических измерений и электроники, рассчитанной на одну учебную группу. Для проведения лабораторных работ используются 4 универсальных стенда. Лабораторные занятия проводятся «фронтальным методом», т. е. студенты учебной группы выполняют одновременно одну и ту же работу. Приведенные в учебном пособии теоретические сведения охватывают минимум материала, необходимый для подготовки и выполнения лабораторной работы.

Коллоквиум по проверке готовности студентов к выполнению лабораторной работы проводится в начале каждого занятия. Хорошая подготовка к лабораторной работе – непременное условие ее эффективности, т. к. проведение любого эксперимента имеет смысл только в том случае, если экспериментатор отчетливо представляет себе цель эксперимента и характер ожидаемых результатов. Перед выполнением работы в лаборатории необходимо внимательно ознакомиться с измерительными приборами, установленными на стенде, и с объектами исследования, смонтированными на съемной испытательной панели, предназначенной для данной работы. В ходе выполнения лабораторных работ студенты должны:

научиться читать схемы наиболее распространенных электронных устройств, различать условные обозначения основных полупроводниковых приборов;
ознакомиться с устройством и внешним видом полупроводниковых приборов, интегральных микросхем и важнейших измерительных электронных устройств;
научиться определять экспериментально характеристики полупроводниковых приборов, работать с электронными измерительными приборами, осциллографом, генератором и некоторыми другими устройствами;
получить представление о возможностях использования полупроводниковых приборов и устройств при решении определенных практических задач.

Перед началом выполнения каждого пункта рабочего задания необходимо выбрать нужный для данного эксперимента прибор и соответствующие пределы измерения. Результаты измерений необходимо заносить в заготовленные дома таблицы.

После снятия показания приборов, относящихся к данной серии измерений (выполнение определенного пункта задания), необходимо построить график соответствующих кривых зависимости (характеристик) и показать их преподавателю.

После этого можно разобрать электрические цепи и отключить измерительные приборы.

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

перед началом проведения курса лабораторных работ студенты проходят вводный инструктаж по технике безопасности;
перед выполнением лабораторных работ студент должен дома изучить основные теоретические положения, подготовить бланк отчета, нарисовать схему установки и необходимые таблицы;
выполнять лабораторную работу на одном стенде должны не менее двух человек одновременно;
перед началом работы на стенде необходимо убедиться, что все выключатели стенда находятся в положении «Выключено»;
категорически запрещается включать стенд без разрешения преподавателя;
при проведении опытов на испытательной панели стенда, находящейся под напряжением, все переключения и регулировки с помощью переключателей и переменных резисторов, включение и выключение тумблеров и тому подобные операции должны производиться одним человеком и только одной рукой. Вторая рука должна быть свободной и не должна касаться аппаратуры стенда;
на испытательной панели 1 стенда, находящейся под напряжением, запрещается производить какие-либо переключения при помощи соединительных проводов. Перед любым изменением исследуемой цепи испытательная панель должна быть обесточена. Для этого соответствующие выключатели должны быть поставлены в положение «Выключено»;
при проведении опытов с использованием электронных приборов (генератора, осциллографа, электронного вольтметра и т. п.) необходимо остерегаться одновременного касания руками, карандашами и другими предметами испытательной панели, находящейся под напряжением, и корпуса прибора, соединенного с клеммой прибора «⊥».

При использовании в опыте нескольких электронных приборов одновременно необходимо корпусы приборов соединить между собой через эти клеммы;

при обнаружении каких-либо повреждений или неисправностей электрического оборудования стенда или испытательной панели, а также при появлении дыма, искрения или специфического запаха перегретой изоляции необходимо немедленно обесточить стенд и сообщить об этом преподавателю или лаборанту;
преподаватель проверяет готовность студента на рабочем месте;
после того, как схема установки будет собрана студентами, она проверяется преподавателем или лаборантом;
после выполнения работы каждая группа студентов должна представить полученные результаты и выводы по работе;
дома студент оформляет отчет и на следующем занятии представляет его на проверку преподавателю. На контрольные вопросы он отвечает устно;
каждая лабораторная работа оценивается согласно рейтингу программы по данной дисциплине;
если студент пропускает занятие по уважительной причине, то ему дается возможность выполнить ее на следующем занятии.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ ИЛИ РАБОЧЕГО МЕСТА СТУДЕНТА

ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ:

Лабораторные работы № 1–4 проводятся на лабораторном устройстве по электротехнике «К 4822-2». Конструктивно устройство представляет собой лабораторный стол, в котором находятся комплекты приборов и элементов, необходимых для выполнения лабораторных работ. На крышке стола устанавливается блок питания и приборный штатив для установки сменных измерительных приборов. В нижней части штатива расположены клеммы, на которые выведены все напряжения блока питания. Крышка стола имеет съемный вкладыш, на место которого устанавливается плата с необходимым набором для выполнения лабораторной работы.

Для выполнения лабораторной работы приборы устанавливаются в необходимом наборе в приборный штатив. На клеммы, находящиеся во время работы под напряжением выше 36 В, установлены предохранительные втулки.

Электрические соединения элементов схемы, измерительных приборов и подключение схемы к клеммам питания осуществляется с помощью комплекта соединительных проводов. На передней стенке блока питания размещены тумблеры, переключатели, кнопки включения и отключения с соответствующими надписями.

На задней стенке блока питания размещаются держатели предохранителей и разъемы для подключения блока к трехфазной сети и к приборному штативу, а так же встроен автоматический выключатель защиты сети. Стол, блок питания, приборный штатив и металлические корпуса приборов имеют клеммы для защитного заземления.

Для защиты блока питания от перегрузок и коротких замыканий служит автоматический выключатель. Для подачи регулируемых напряжений постоянного тока «0–120 В» и переменного тока «0–250 В» служит автотрансформатор.

При проведении лабораторной работы подсоединение приборов и узлов устройства должно проводиться только при отключенном напряжении питания. Перед началом проведения работы на блоке питания необходимо установить все тумблеры в отключенное положение, ручки – против часовой стрелки до упора. В стол вместо вкладыша установить плату, необходимую для проведения лабораторной работы. На приборный штатив установить приборы.

Собрать схему лабораторной работы и включить на блоке питания тумблер «СХЕМА СОБРАНА». Устройство обеспечивает проведение следующих лабораторных работ:

исследование двухэлектродной лампы – плата № 4;
исследование полупроводникового диода – плата № 4;
исследование полупроводникового транзистора – плата № 4;
работы полупроводниковых однофазных и трехфазных мостовых выпрямителей – плата № 4;
исследование фоторезистора и фотоэлемента с внешним фотоэффектом – плата № 5;
исследование работы электронно-лучевой трубки;
измерение температур электрическими методами – плата № 5.

Лабораторные работы № 5–6 выполняются с помощью лабораторного устройства по электротехнике № 4826, представляющего собой чемодан, на крышке которого установлены съемные электронные приборы, вмонтированные в прозрачные кубы и соединенные с выводами, выходящими из дна куба. На нижней панели чемодана находится поле с разъемами для сборки схем. На панели выведены клеммы питания «± 5 В», «± 15 В», «~ 24 В», «Um». В правом углу расположен блок питания, встроенный вольтметр, ручки для точной настройки напряжения. В нижнем правом углу расположен генератор сигналов. Переключатель вида сигналов, регулятор частоты и ручка точной настройки частоты. Чемодан запитывается от сети 220 В. Монтажное поле выполнено в виде гнезд, состоящих из 4-х клеток, представляющих собой одну точку. Схему собирают без проводников, устанавливая необходимые элементы в гнезда монтажной платы. Подавать напряжение можно только после проверки правильности сборки схемы преподавателем. Почти все работы проводятся с осциллографом, поэтому необходимо каждому студенту ознакомиться с его устройством и научиться подготавливать осциллограф к работе. В качестве измерительного прибора используется мультиметр. Порядок настройки и регулировки дается в описании каждой лабораторной работы в разделе «порядок выполнения лабораторной работы».
Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА

Цель работы: ознакомиться с конструкцией полупроводниковых диодов, изучить физический принцип их работы, научиться снимать вольтамперную характеристику в лабораторных условиях.

Работа рассчитана на 2 часа.

Пояснение к работе

Полупроводники (германий и кремний) − это монокристаллы с регулярной кристаллической структурой. Имеют кубическую решетку типа алмаза (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Структура кристаллической решетки типа алмаза

Беспримесный полупроводник с идеальной кристаллической решеткой называют собственным полупроводником. При температуре абсолютного нуля в нем нет свободных носителей заряда, и он является идеальным изолятором. С повышением температуры кристалла количество и энергия фотонов возрастают, и они разрывают ковалентные связи между атомами решетки. При этом образуются свободные электроны и незаполненные связи − дырки. Нарушение ковалентных связей и генерация пар электрон-дырка могут происходить не только из-за нагрева, но и под действием света, рентгеновских и γ-лучей. При введении донорной (пятивалентного элемента: фосфора, сурьмы, мышьяка) примеси в четырехвалентный кремний (или германий) образуется электронный полупроводник n-типа.

Если ввести в кремний (германий) 3^х валентный элемент (например, бор, галлий, алюминий), то образуется дырочный полупроводник p-типа.

Комбинация двух полупроводниковых слоев с разным типом проводимости обладает выпрямляющими или вентильными свойствами: она лучше пропускает в одном направлении (прямом), чем в другом (обратном). Выпрямительные свойства рассматриваемой структуры позволяют использовать ее в качестве полупроводникового диода (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Полупроводниковый диод:

а – упрощенная структура; б – условное обозначение

Полупроводниковым диодом называют прибор с двумя выводами и одним электронно-дырочным переходом. Различают точечные (рис. 1.3) и плоскостные (рис. 1.4) диоды. В стеклянном или металлическом корпусе 2 точечного диода крепится германиевый или кремниевый кристалл n-типа 3 площадью порядка 1 мм² и толщиной 0,5 мм, к которому прижимается стальная или бронзовая игла 4, легированная акцепторной присадкой. Прибор включается в схемы через выводы 1. В процессе формовки через контакт иглы с кристаллом пропускают мощные импульсы тока. При этом кончик иглы оплавляется, и часть акцепторной примеси внедряется в кристалл. Вокруг иглы образуется микроскопическая (точечная) область с дырочной электропроводностью. На полусферической границе этой области с кристаллом n-типа возникает электронно-дырочный переход.

Малая площадь р-n-перехода в точечном диоде обеспечивает ему минимальное значение межэлектродной емкости.


Рис. 1.3. Конструкция точечного германиевого диода типа Д103: 1 – вывод; 2 – стеклянный корпус; 3 – полупроводниковый кристалл, 4 – стальная пружина	Рис. 1.4. Конструкция плоскостного выпрямительного диода: 1– вывод, 2 – стеклянная втулка, 3 – полупроводниковый кристалл, 4 – гайка, 5 – шайба; 6 – основание, 7 – металлический корпус

Площадь р-n-перехода плоскостных диодов достигает десятков и сотен мм². Для получения таких площадей используют методы сплавления или диффузии. При методе сплавления на пластинку кристалла с донорной примесью помещают таблетку акцепторной примеси, которая расплавляется при нагреве в печи. Расплав частично проникает в кристалл и образует область р-типа, граничащую с массой кристалла. У этой границы возникает р-n-переход.

При изготовлении диода методом диффузии кристалл в донорной примесью помещают в газовую среду акцептора (кристалл с акцепторной примесью – в газовую среду донора) и выдерживают длительное время при заданной температуре. Диффундируя в поверхность кристалла, молекулы акцептора (или донора) образуют область с типом электропроводности, противоположным типу электропроводности кристалла.

Метод сплавления позволяет получить р-n-переход с резким изменением концентрации примеси. При методе диффузии концентрация примесных атомов в области р-n-перехода изменяется плавно.

Мощные плоскостные полупроводниковые диоды, рассчитанные на большие токи, изготовляют в массивных металлических корпусах, обеспечивающих поглощение и отвод теплоты, выделяющейся в р-n-переходе. С помощью массивных шайб и гаек корпус диода плотно прижимается к монтажной металлической панели.

Рис. 1.5. Вольтамперная характеристика

электронно-дырочного перехода

Основной характеристикой диода служит его вольтамперная характеристика, вид которой совпадает с видом характеристики р-n-перехода (рис. 1.5). Вольтамперная характеристика диода существенно зависит от температуры окружающей среды, с повышением которой прямой ток диода при одном и том же напряжении может увеличиться в несколько раз. При заданном прямом токе с увеличением температуры снижается прямое напряжение между электродами диода.

Существенным образом влияет температура окружающей среды и на обратный ток, который тоже возрастает с увеличением температуры. При увеличении температуры окружающей среды выше определенного значения уже при небольших обратных напряжениях развивается тепловой пробой р-n-перехода и диод выходит из строя. Работоспособность германиевых диодов теряется при температуре около 70° С, а кремниевых – при 200° С. Высокая термическая устойчивость кремния – важнейшее его преимущество по сравнению с другими полупроводниковыми материалами. Кремниевые диоды допускают плотность тока в прямом направлении 10 А/мм² и более, что позволяет изготовлять мощные полупроводниковые устройства с относительно небольшими массами и габаритами.

Одна из важных характеристик диода – пробивное обратное напряжение. Это напряжение зависит от ширины обедненного слоя и у современных плоскостных диодов равно сотням и тысячам вольт. Оно несколько увеличивается с повышением температуры, не выходящим за пределы работоспособности диода.

Внутреннее сопротивление плоскостных диодов прямому току при номинальных режимах работы составляет десятые доли Ом, с повышением температуры оно уменьшается.

Применение полупроводниковых диодов в современной технике весьма разнообразно. Рассмотрим наиболее характерные случаи.

Полупроводниковые диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока, называются выпрямительными. Плоскостные диоды малой и средней мощности широко используют в схемах питания радиоаппаратуры, в устройствах автоматики и вычислительной техники. Диоды большой мощности используют в силовых установках, для питания тяговых электродвигателей, привода станков и механизмов, обеспечения технологических процессов в химическом и металлургическом производствах.

Диоды, предназначенные для работы в устройствах высокой и сверхвысокой частоты (ультракоротковолновая и космическая радиосвязь, радиолокация, теле-, измерительная техника и т. д.), называют высокочастотными. СВЧ-диоды используются для модуляции и детектирования сверхвысокочастотных колебаний в диапазоне сотен мегагерц, а также в каскадах преобразования частоты радиоприемных устройств. В качестве высокочастотных обычно применяют точечные диоды, емкость электронно-дырочного перехода в которых составляет сотые и десятые доли пикофарад. Диоды, применяемые в качестве конденсаторов с управляемой емкостью, называют варикапами.

Наличие у диода критического обратного напряжения, при котором наступает электрический пробой, позволяет использовать полупроводниковый диод в схемах стабилизации напряжения.

Диод, используемый для стабилизации напряжения, называется стабилитроном.

При больших концентрациях легирующих примесей заметно усиливается туннельный эффект р-n-перехода. При этом в вольтамперной характеристике диода появляется участок с отрицательным сопротивлением (прямой ток увеличивается с уменьшением прямого напряжения), что позволяет использовать его в схемах генерации и усиления электрических колебаний. Такие диоды называют туннельными. Для работы в импульсных схемах изготовляют импульсные диоды, у которых перераспределение носителей зарядов в p-n-переходах при смене полярности напряжения (переходные процессы) происходит в десятые доли наносекунды. Чем меньше время переходных процессов, тем меньше искажается форма импульсов. Для ускорения переходных процессов уменьшают до возможного предела межэлектродную емкость, р-n-перехода небольшой присадкой золота.

Рис. 1.6. Условное обозначение полупроводниковых диодов:

1-выпрямительный диод, 2-СВЧ диод, 3-варикап, 4-стабилитрон, 5-тунельный диод

Маркировку диодов осуществляют с помощью цифр и букв (рис. 1.6). Первая цифра или буква обозначает материал полупроводникового кристалла. Цифрой 1 или буквой Г обозначают германий; цифрой 2 или буквой К – кремний, цифрой 3 или буквой А – арсенид галлия. На втором месте ставят букву, обозначающую класс диода: Д – выпрямительный, А – СВЧ-диод, В – варикап; С – стабилитрон, И – туннельный диод. Три последующие цифры характеризуют тип или область применения прибора: если цифры лежат в пределах 101–399, то диод предназначен для выпрямления переменного тока, если в пределах 401–499, то для работы в высокочастотных и сверхвысокочастотных цепях, если в пределах 501–599, то работы в импульсных схемах, диоды, маркируемые цифрами 601–699, используют в качестве конденсаторов с регулируемой емкостью (варикапы). Последняя буква указывает на некоторые конструктивные или другие особенности диода (разновидность прибора).

Например, маркировка КС196В расшифровывается следующим образом, кремниевый стабилитрон плоскостного типа, разновидность В.

Если положительный вывод омметра соединен с анодом диода, а отрицательный вывод с катодом, то диод смещен в прямом направлении. В этом случае через диод идет ток, и омметр показывает низкое сопротивление. Если выводы омметра поменять местами, то диод будет смещен в обратном направлении, через него будет идти маленький ток, и омметр покажет высокое сопротивление.

Если сопротивление диода низкое в прямом и обратном направлениях, то он, вероятно, закорочен. Если диод имеет высокое сопротивление в прямом и обратном направлениях, то в нем, вероятно, разорвана цепь.

1 2 3 4 5

	Комплектные трансформаторные подстанции напряжением Допущено учебно-методическим объединением Совета директоров средних специальных учебных заведений Волгоградской области в качестве...		Государственное образовательное учреждение высшего профессионального... Рекомендовано учебно-методическим объединением Совета директоров средних специальных учебных заведений Волгоградской области в качестве...
	Учебное пособие Допущено учебно-методическим объединением по образованию... Допущено учебно-методическим объединением по образованию в области технологии и проектирования текстильных изделий в качестве учебного...		Учебно-методическuм объединением по образованию в области коммерции... Рекомендовано Учебно-методическим центром «Профессиональный учебник» в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,...
	Учебное пособие Под редакцией д-ра мед наук, профессора И. Д. Евтушенко... ...		Учебное пособие "системный анализ в сфере сервиса" Сервис, выполнено в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта и рекомендовано Учебно-методическим объединением...
	Учебное пособие Допущено Учебно-методическим объедине-нием по образованию... Учебное пособие предназначено для освоения студентами основ работы с различными операционными системами с использованием всех возможностей,...		Учебное пособие М.: Ооо «Медицинское информационное агентство» Учебно-методическим объединением по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов России в качестве учебного пособия для системы...
	Родионов А. В. Психология физического воспитания и спорта: Учебник для вузов Рекомендовано учебно-методическим объединением по образованию в области физической культуры и спорта в качестве учебника для студентов...		Учебное пособие 2-е издание Рекомендовано умо рае по классическому... Рекомендовано умо рае по классическому университетскому и техническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших...
	Сборник тестов и упражнений по биохимии Рекомендовано Учебно-методическим объединением по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов России в качестве учебного пособия...		Федеральное государственное образовательное учреждение впо ставропольский... Рекомендовано учебно-методическим объединением вузов российской федерации по агрономическому образованию в качестве учебного пособия...
	Юн ити unity москва • 2003 ...		Рекомендации по рациональной фармакотерапии больных сердечно-сосудистыми заболеваниями Рекомендовано Учебно-методическим объединением по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов России в качестве учебного пособия...
	Учебно-методическое пособие для студентов заочного отделения Рекомендуется учебно-методическим объединением по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов России в качестве учебного пособия...		Методические основы управления ит-проектами Учебник Допущено Учебно-методическим... Допущено Учебно-методическим объединением в области менеджмента в качестве учебника для студентов высших учебных заведений направления...

Похожие: