Твердотельная электроника: Лабораторный практикум (Лабораторные работы № 1-10: Исследование прямой ветви вольт-амперной характеристики p-n перехода. Измерение полосы пропускания усилителя на биполярном транзисторе)

  Введение.  

Данный цикл лабораторных работ служит для закрепления материала по курсу лекций «Твердотельная электроника» и получения практических навыков в компьютерном моделировании характеристик электронных приборов и электронных схем.

Моделирование осуществляется с помощью программы Multisim 7 (educationalversion). Данная программа позволяет, с одной стороны, сделать наглядным процесс изучения и моделирования схем, а с другой стороны, подготовить студента к работе в реальной лаборатории. В программе для анализа схем может быть применен ряд измерительных приборов, характеристики которых близки к реально существующим: вольтметр, осциллограф, генератор,   анализатор спектра и т.д. Не каждое научное или учебное подразделение обладает таким разнообразием и количеством приборов для измерений и исследований. 

Следует отметить, что аппарат исследования электронных схем в программе «Multisim 7»  весьма обширен и включает все современные методы.

1. Порядок выполнения работ.

Для выполнения лабораторных работ требуется  персональный компьютер с процессором не ниже Pentium –II и операционной системой Win98/2000/XP.

Каждая лабораторная работа состоит из трех этапов:

1)  в соответствии с заданием к лабораторной работе из элементов, имеющихся в  программе, создается принципиальная электрическая схема для исследования конкретного прибора. К схеме подключаются необходимые измерительные приборы;

2)  производится запуск схемы на моделирование, в результате чего определяются параметры схемы (токи, напряжения);  снимаются необходимые осциллограммы. Изменяя параметры схемы, составляются таблицы  данных, подлежащих дальнейшей обработке;

3)  оформляется отчет, в котором должны быть обработаны полученные данные, построены графики.  В отчете должны присутствовать ответы на  все вопросы к лабораторной работе,  кроме того, должны быть представлены для контроля копии экранов («скриншоты») в момент работы схемы.  Копии экрана возможно получить с помощью free-ware программы “Printkey2000”.  Образцы необходимых для отчета изображений, графиков и таблиц данных приводятся в задании к каждой лабораторной работе.

Отчет к лабораторной работе составляется в текстовом редакторе (Open Office и пр.) по действующим нормам и правилам оформления и может быть отправлен преподавателю в электронном виде на указанный им адрес электронной почты  (в виде прикрепленного файла), а также может быть передан в учебное время преподавателю  в бумажном варианте, либо на электронных носителях информации.

Копии экрана должны обеспечивать читаемость текста на схеме и показаний измерительных приборов.

В случае положительной оценки  работы, работа зачитывается, при возникновении со стороны преподавателя вопросов,  они разрешаются в учебное время.

* Номиналы элементов схемы выбираются из таблицы, выдаваемой преподавателем. Номер задания выбирается студентом в соответствии с номером в  списке группы.

2. Краткое содержание лабораторных работ

Лабораторная работе №1. «Исследование прямой ветви вольт-амперной характеристики (ВАХ) p – n – перехода».

С помощью программы «MultiSim 7» исследуется прямая характеристика p – n -  перехода. В качестве исследуемого объекта выступает маломощный кремниевый диод.

В процессе работы студенты знакомятся  с программой «Multisim 7», осваивают методики построения принципиальных электрических схем и способы использования измерительных приборов для определения токов и напряжений в узлах схемы.

Лабораторная работа №2. «Исследование выпрямительных свойств диода».

Для анализа поведения диода при подаче на него переменного напряжения используется виртуальный осциллограф. При выполнении лабораторной работы студенты учатся получать и анализировать осциллограммы – временные зависимости токов и напряжений в узлах схемы.

Лабораторная работа №3. «Исследование обратной ветви вольт-амперной характеристики (ВАХ) стабилитрона».

В процессе работы студентами исследуется обратная  ветвь ВАХ стабилитрона; производится расчет параметров стабилитрона на основе данных моделирования.

Лабораторная работа №4. «Моделирование работы стабилитрона на переменном токе».

Задачей студентов в данной работе является осциллографирование работы одиночного стабилитрона при подаче на него переменного напряжения.

Лабораторная работа №5. «Моделирование работы симметричного стабилитрона на переменном токе».

В данной работе производится осциллографирование работы двойного (включенного встречно) стабилитрона при подаче на него переменного напряжения.

Лабораторная работа №6. «Исследование параметрического стабилизатора».

При исследовании параметрического стабилизатора на стабилитроне студенты знакомятся с принципом работы схемы и рассчитывают коэффициент стабилизации.

Лабораторная работа №7. «Исследование характеристик биполярного транзистора».

Студентами производится определение статических ВАХ биполярного транзистора и рассчитываются его параметры  на основе данных моделирования.

Лабораторная работа №8. «Установка рабочей точки однокаскадного усилителя на биполярном транзисторе».