МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА» (раздел 2 «Полупроводниковые приборы» тема «Полупроводниковые диоды»)

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА»

(раздел 2 «Полупроводниковые приборы»

тема «Полупроводниковые диоды»)

ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ

«Монтаж, техническое обслуживание и ремонт электронных приборов и устройств»

2024

Предисловие

Методические указания для лабораторных работ по дисциплине «Электронная техника» (Раздел 2 «Полупроводниковые приборы» тема «Полупроводниковые диоды») предназначены для оказания помощи студентам, обучающихся по специальности «Монтаж, техническое обслуживание и ремонт электронных приборов и устройств» при выполнении лабораторных работ по темам данного раздела.

Программа дисциплины «Электронная техника» разработана на основе федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования по специальности 11.02.16 Монтаж, техническое обслуживание и ремонт электронных приборов и устройств, утвержденного приказом Министерства образования и науки 09 декабря 2016 года.

В результате выполнении работ студент должен:

знать:

- сущность физических процессов, протекающих в электронных приборах и устройствах: (электронно-дырочный) р-п-переход, контакт металл-полупроводник, переход Шоттки и др.;

- устройство, основные параметры, схемы включения полупроводниковых диодов и принципы построения электронных схем с этими приборами;

- типовые узлы и устройства электронной техники.

уметь:

- определять и анализировать основные параметры электронных схем;

- определять работоспособность устройств электронной техники;

- производить подбор элементов электронной аппаратуры по заданным параметрам.

Методические указания по лабораторным работам включают: название лабораторной работы, цель работы и пояснение к работе, выполнение работы, содержание отчета, задание, контрольные вопросы.

Методические указания составлены для двух лабораторных работ, предусмотренных программой.

Правила выполнения лабораторных работ

На выполнение лабораторной работы отводится не менее 1 часа.

Лабораторная работа выполняется в рабочей тетради.

При оформлении работы необходимо придерживаться правил оформления лабораторных работ. Работа выполняется студентами индивидуально.

После выполнения работы проводится контрольный срез знаний по теме текущего занятия.

Лабораторная работа выполняется на компьютере в специализированной программе «Electronics Workbench».

Система схемотехнического моделирования Electronics Workbench предназначена для моделирования и анализа элек­трических схем.

Программа «Electronics Workbench» может проводить анализ схем на постоянном и переменном токах. При анализе на постоянном токе определяется рабочая точка схемы в установившемся режиме работы. Результаты этого анализа не отражаются на при­борах, они используются для дальнейшего анализа схемы. Анализ на переменном токе использует результаты анализа на постоянном токе для получения линеаризованных моделей нелинейных компонентов. Анализ схем в режиме АС может про­водиться как во временной, так и в частотной областях.

В программе «Electronics Workbench» можно исследовать переходные процессы при воздействии на схемы входных сигналов раз­личной формы. Программа также позволяет производить анализ цифро-аналоговых и цифровых схем большой степени сложности. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов. Есть возможность подключения и создания новых библиотек компонентов.

Широкий набор приборов позволяет производить измерения различных величин, задавать входные воздействия, стро­ить графики. Все приборы изображаются в виде, максимально приближенном к реальному, поэтому работать с ними просто и удобно.

Результаты моделирования можно вывести на принтер или импортировать в текстовый или графический редактор для их дальнейшей обработки.

Теоретическая часть

Полупроводни­ковым диодом называется устройство, состоящее из кристалла полупроводника, содержа­щее обычно один р-n переход и имеющее два вывода.

Вывод от р-области называется анодом, а вывод от п-области - катодом.

Рисунок 1

Большая плоскость р-п перехода плоскостных диодов позволяет им работать при больших прямых токах, но за счет большой барьерной емкости они будут низкочастотными.

Точечные диоды.

Рисунок 2

Р-n переход очень малой площади.

За счёт этого точечные диоды будут высокоча­стотными, но могут работать лишь на малых прямых токах (десятки миллиампер).

Микросплавные диоды получают путем сплавления микрокристаллов полупроводников р- и п- типа проводимо­сти. По своему характеру микросплавные диоды будут плоскостные, а по своим параметрам - точечные.

Условное обозначение диодов подразделяется на два вида:

-                      маркировка диодов;

-                      условное графическое обозначение (УГО) - обозначение на принципиальных электрических схемах.

Вольтамперная характеристика и основные параметры полупроводниковых диодов

Вольтамперная характеристика реального диода проходит ниже, чем у идеального р-п перехо­да: сказывается влияние сопротивления базы.

Рисунок 4

Кривая обратного тока ВАХ имеет наклон, так как за счёт возрастания обратного напряжения увеличивается генерация собственных носи­телей заряда.

Рисунок 5

1. Максимально допустимый прямой ток    I np.max.

2. Прямое падение напряжения на диоде при максимальном прямом токе   Unp.max.

3. Максимально допустимое обратное напряжение 

Uoбp.max = (2/3-3/4) *Uэл.проб.

4. Обратный ток при максимально допустимом обратном напряжении Iобр.mах.

5. Прямое и обратное статическое сопротивление диода при заданных прямом и обратном напряжениях:

Выпрямительные диоды

Выпрямительным диодом называется полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоян­ный в силовых цепях, то есть в источниках питания.

Выпрямительные диоды всегда плоскост­ные, они могут быть германиевые или кремниевые.

Диоды в схемах выпря­мителей включаются по одно- и двухполупериодной схемам.

Если взять один диод, то ток в нагрузке будет протекать за одну половину периода, поэтому такой выпрямитель называется однополупериодным.

Его недостаток - малый КПД.

Рисунок 6 – Схема однополупериодного выпрямителя

Рисунок 7 – Сигналы на входе и выходе однополупериодного выпрямителя

Значительно чаще применяются двухполупериодные выпрямители.

       

Рисунок 8 – Схема двухполупериодного выпрямителя и сигналы на его входе и выходе

Рисунок 9 – Схема выпрямителя с выводом от средней точки трансформатора

Стабилитроны

Стабилитроном называется полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации уровня постоянного напряжения.

Стабилизация - поддержание какого-то уровня неизменным.

По конструкции стабилитроны всегда плоскостные и кремниевые.

Прин­цип действия стабилитрона основан на том, что на его вольтамперной характеристике имеется участок, на котором напряжение практически не зависит от величины протекающего тока.

Рисунок 10 – ВАХ стабилитрона

Таким участком является участок электрического пробоя, а за счёт легирующих добавок в по­лупроводник ток электрического пробоя может изменяться в широком диапазоне, не переходя в тепловой пробой.

Так как участок электрического пробоя - это обратное напряжение, то стабилитрон включает­ся обратным включением (смотрите рисунок).

Рисунок 11

Резистор Ro задаст ток через стабилитрон таким образом, чтобы величина тока была близка к среднему значению между Icт.min и Iст. max. Такое значение тока называется номинальным то­ком стабилизации.

Стабилитрон поддерживает постоянство напряжения при изменении тока через него от Iст.min до Icт.max.

Основные параметры стабилитронов:

- напряжение стабилизации Uct.

- минимальное, максимальное и номинальное значение тока стабилизации Iст.min, Iст.max, Iст.ном.

- ∆Uст - изменение напряжения стабилизации.

Стабилитроны, предназначенные для стабилизации малых напряжении, называются стабисторами.

Стабисторы - для стабилизации напряжения менее ЗВ, и у них используется прямая ветвь ВАХ (смотрите рисунок).

Применяются стабисторы в прямом включении.

Рисунок 12

ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОБУЧЕНИЯ

Основные источники:

1. Иванов В.Н., Мартынова И.О. Электроника и микропроцессорная техника: учебник для СПО. – М.: Академия, 2018. – 288 с.

Интернет ресурсы:

1. Сайт: RadioRadar: Datasheets, service manuals, схемы, электроника, компоненты, САПР,CAD. Режим доступа: свободный: http://www.radioradar.net

2. Промэлектроника - Электронные компоненты: Режим доступа: http://www.promelec.ru

3. Сайт Электроника [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://transistorstheory.ru/, свободный. – Загл. с экрана.

Дополнительные источники:

1. Берикашвили В.Ш. Основы электроники: учебник для СПО. – М.: Академия, 2017. – 208 с.

2. Берикашвили В.Ш., Черепанов А.К. Электронная техника: учебное пособие для СПО. – М.: - Академия, 2015. - 368 с.

3. Горошков Б.И., Горошков А.Б. Электронная техника: учебник для СПО. - М.: Академия, 2015. – 313 с.

4. Покотило С. А. Справочник по электротехнике и электронике Ростов н/Д; Феникс; 2017. -  282 с.

5. Ситников, А.В. Электротехнические основы источников питания: учебник/А.В. Ситников. - М.: Академия, 2018. - 240с.

6. Электронная техника : учебник / М.В. Гальперин. — 2-е изд., испр. и доп. — М. : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2017. — 352 с. — (Профессиональное образование).

Лабораторная работа

«Исследование выпрямительных диодов»

 

Цель работы: Снятие и анализ вольт-амперной характеристики диода. Определение параметров по характеристике.

 

Перечень приборов:

1. Источник постоянного тока

2. Вольтметр (DC).

3. Диод:

Для 1 варианта – 1N4001 (1n)

Для 2 варианта – 1N4148 (1n)

Для 3 варианта – 1N3064 (national)

 

Порядок выполнения работы:

1. Собрать схему исследования диода, изображенную на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема для исследования полупроводникового диода

2. Построить таблицу для записи результатов измерений (таблица 1).

 

Таблица 1

Iпр, мА	0	0,5	1	2	3	5	10
Uпр, В

 

3. Для снятия прямой ветви ВАХ  Iпр = f (Uпр) необходимо:

- изменять ток источника постоянного тока от 0,5 мА до 10 мА. При каждом изменении снимать показания вольтметра. Значения внести в таблицу 1 (значения записывать до сотых долей).

4. Построить ВАХ.

5. По построенным характеристикам определить:

а) Крутизну характеристики, мА/В:

б) Внутреннее сопротивление, Ом:

6. Сделать выводы по работе. Вывод должен содержать анализ снятой вольт-амперной характеристики и выводы по расчетам.

7. Оформить отчет.

Требования к оформлению и содержанию отчёта

1. Отчёт по работе должен быть выполнен в тетради.

2. Отчёт должен содержать:

- наименование работы; номера варианта; цель работы; перечень приборов.

3. Результаты выполнения работ по каждому заданию в составе:

- схему исследований с изображением приборов контроля;

- таблицу с результатами измерений.

4. ВАХ диода, выполненный в осях координат.

5. Заключения и выводы по исследуемым схемам.

6. Выполненные расчеты.

Лабораторная работа

«Исследование стабилитрона»

 

Цель работы: Снятие и анализ вольтамперной характеристики стабилитрона.

 

Перечень приборов:

1. Источник постоянного напряжения

2. Мультиметр

3. Резистор – 300 Ом

4. Стабилитрон:

Для 1 варианта – 1N4733 (1n)

Для 2 варианта – uA723_ZD2 (misc)

 

Порядок выполнения работы:

1. Собрать схему исследования стабилитрона, изображенную на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема для исследования стабилитрона

 

2. Построить таблицу для записи результатов измерений (таблица 1).

3. Для снятия ВАХ  Iст = f (Uст) необходимо:

- изменять напряжение источника от 0 В до 35 В. При каждом изменении фиксировать значения U_СТ. Значения внести в таблицу 1 (значения записывать до сотых долей).

4. Вычислить ток I_СТ для каждого значения U_СТ по формуле

5. Результаты занести в таблицу (значения записывать до тысячных долей). По данным таблицы построить ВАХ стабилитрона и оценить по ней напряжение стабилизации. Оно определяется точкой на ВАХ, в которой ток стабилитрона резко увеличивается.

 

Таблица 1

Е, В	UСТ, В	IСТ, А
0
5
10
15
20
25
30
35

 

6. Оформить отчет.

Требования к оформлению и содержанию отчёта

Отчёт по работе должен быть выполнен в тетради.

Отчёт должен содержать:

- наименование работы; номера варианта; цель работы; перечень приборов.

Результаты выполнения работ по каждому заданию в составе:

- схему исследований с изображением приборов контроля;

- таблицу с результатами измерений.

ВАХ стабилитрона, выполненный в осях координат.

Выполненные расчеты.

Заключения и выводы по исследуемым схемам.