Лабораторные работы по электроизмерительной технике и электронике. Часть 2: Методические указания к лабораторным работам по курсу “Информационно-измерительная техника и электроника”

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры Информационно-измерительной техники

"     " апреля 2003 г.

       Зав. кафедрой профессор, д.т.н.                                          

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие ……………………………………………………………………………..·

Общие методические рекомендации по выполнению лабораторных работ ………...·

Раздел 1.

1. Средства измерений и их основные  метрологические  характеристики………….·

2. Погрешности измерений и обработка результатов…………………………………·

3. Измерение постоянных токов и напряжений магнитоэлектрическими приборами. ……………………………………………………………………………….·

4. Выпрямительные вольтметры………………………………………………………..·

5. Осциллографические методы измерения параметров электрических сигналов. …………………………………………………………………………………·

Раздел 2.

6. Полупроводниковые диоды. ………………………………………………………..  4

7. Исследование характеристик, параметров и схем включения биполярных транзисторов…………………………………………………………….. 14

8. Исследование характеристик, параметров и схем включения полевых транзисторов……………………………………………………………….… 24

9. Операционные усилители…………………………………………………….. …….34

Раздел 3.

10. Измерение параметров компонентов электрических цепей. ………………….… ·

11. Узлы цифровых измерительных устройств. ……………………………………. . ·

12. Цифровые измерительные устройства последовательного счета…………….. . . ·

Приложение 1. Правила округления и записи результатов измерений……………...·

Приложение 2. Перечень элементов, схема электрическая принципиальная

и расположение элементов на макете к лабораторным работам №11 и №12……….·

Литература…………………………………………………………………………. ….. 51

Лабораторная работа №  6

 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1.     Исследовать вольт-амперные характеристики и основные параметры выпрямительных диодов, стабилитронов.

1.2. Изучить особенности расчета и принцип действия однополупериодных и двухполупериодных выпрямителей, параметрических стабилизаторов, ограничителей напряжения.

2. КРАТКИЕ ПОЯСНЕНИЯ К РАБОТЕ

2.1. Общие сведения.

Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним электрическим p-n-переходом и двумя выводами.

По функциональному назначению диоды делят на выпрямительные, универсальные, импульсные, стабилитроны, туннельные и др.

Большинство полупроводниковых диодов выполняют на основе несимметричных p-n-переходов. Низкоомную область диодов называют эмиттером, а высокоомную - базой.

Идеализированный p-n-переход имеет вентильные свойства. При приложении напряжения, смещающего его в прямом направлении, через переход протекает электрический ток, значение которого при повышении напряжения увеличивается по экспоненциальному закону. Изменение полярности приложенного напряжения приводит к смещению p-n-перехода в обратном направлении и его сопротивление возрастает. Через переход протекает малый тепловой ток, значение которого не зависит от приложенного напряжения и увеличивается по экспоненциальному закону при повышении температуры.

У реальных диодов обратный ток I_обр зависит от обратного напряжения. У германиевых диодов I_обр » I_S,  у кремниевых I_обр >> I_S. I_S - тепловой ток (ток насыщения), протекающий в одном направлении через p-n-переход, находящийся в равновесном состоянии. Значения обратного тока у диодов изменяются в широких пределах от экземпляра к экземпляру.

Тепловой ток и остальные составляющие обратного тока сильно зависят от температуры. В кремниевых диодах доля теплового тока невелика. У них обратный ток в основном определяется генерационно-рекомбинационными явлениями в p-n-переходе. На практике считают, что обратный ток германиевых диодов увеличивается в два раза, а кремниевых в 2,5 раза при увеличении температуры на каждые 10 ^оС.

При прямом включении падение напряжения на диоде можно записать выражением

U = [j_т ln(I/I_S + 1)] + I r_б, где r_б - омическое сопротивление базы диода; j_т - температурный потенциал (j_т   » 30 мВ при 25 ^оС).

Рис. 1. Вольт-амперные характеристики германиевого (а) и кремниевого (б) диодов; условное обозначение (в)

Падение напряжения на диоде U зависит от тока I, протекающего через него, и имеет большее значение у диодов с малым I_S. Так как у кремниевых диодов тепловой ток I_S мал, то начальный участок прямой ветви характеристики значительно более пологий, чем у германиевых (рис. 1). При увеличении температуры прямая ветвь характеристики становится более крутой из-за увеличения I_S и уменьшения сопротивления базы.

2.2. Выпрямительные диоды.

Диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный, к быстродействию и стабильности которых не предъявляют специальных требований, называют выпрямительными.

В качестве выпрямительных диодов используют сплавные эпитаксиальные и диффузионные диоды, выполненные на основе несимметричных p-n-переходов. Они имеют малое падение напряжения в открытом состоянии и высокое