Рефотека.ру / Коммуникации и связь

Учебное пособие: Исследование полупроводниковых приборов

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра электропривода и автоматизации

Промышленных установок

621.389(07)

С197

Н.М. Сапрунова

Исследование полупроводниковых приборов

Учебное пособие к лабораторным работам

Челябинск


Издательство ЮУрГУ

2006

УДК621.389(07)+621.382.2.(07)

Сапрунова Н.М. Исследование полупроводниковых приборов: Учебное пособие к лабораторным работам. – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2006. – 73 с.

Учебное пособие предназначено для студентов всех электротехнических специальностей энергетического факультета.

Учебное пособие содержит описание и методику проведения лабораторных работ по информационной электронике. Лабораторные работы состоят из двух циклов: полупроводниковые приборы и микроэлектроника.

Ил.78, табл.13, список лит. – 4 назв.

Одобрено учебно-методической комиссией энергетического факультета.

Рецензенты: Сарваров А.С., Мартынов В.П.

ISBN 5-696-                           © Издательство ЮУрГУ, 2006


Введение

Учебное пособие содержит лабораторные работы, выполняемые студентами при изучении курсов "Физические основы электроники", "Промышленная электроника", "Преобразовательная техника" и других курсов с близкими названиями. Оно предназначено для студентов всех электротехнических специальностей энергетического факультета.

Основная задача данного цикла лабораторных работ – научить студентов работать с электронными приборами и интегральными схемами и закрепить изученный материал. Все работы разбиты на 2 цикла: осциллограф и полупроводниковые приборы и микроэлектроника.

Для более глубокого изучения материала студенты дома до выполнения лабораторной работы производят предварительные расчеты и построения. Каждый студент получает индивидуальное задание. Лабораторная работа в значительной степени является проверкой предварительно выполненного задания. При отсутствии домашнего задания выполнение лабораторной работы нецелесообразно.

Для проверки знаний студентов перед лабораторной работой проводится коллоквиум на основе контрольных вопросов, помещенных в пособии.

Особое внимание при выполнении лабораторных работ уделяется развитию навыков работы с электронным осциллографом.

После выполнения лабораторной работы студенты составляют индивидуальные отчеты. Отчеты содержат как результаты проверки индивидуальных заданий, так и результаты общих экспериментальных исследований.


Общие рекомендации к выполнению лабораторных работ

Порядок выполнения работ

 

Перед выполнением работ все студенты должны изучить правила техники безопасности применительно к лаборатории промышленной электроники, для чего преподавателем проводится инструктаж. Краткий инструктаж проводится также на каждом занятии.

При подготовке к лабораторной работе необходимо:

1)     ознакомиться с ее содержанием и, пользуясь рекомендованной литературой и конспектом лекций, изучить теоретические положения, на которых базируется работа;

2)     выполнить предварительные расчеты и построения, указанные в задании для своего варианта;

3)     изучить схему лабораторной установки и продумать методику выполнения лабораторной работы;

4)     ответить на контрольные вопросы.

Перед выполнением каждой лабораторной работы необходимо сдать коллоквиум и представить отчет по предыдущей работе. Вопросы коллоквиума составлены на основе контрольных вопросов пособия

При выполнении лабораторной работы необходимо:

1)     ознакомиться с рабочим местом, проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводов;

2)     проверить положение стрелок электроизмерительных приборов и если требуется, установить на нуль; приборы с несколькими пределами измерения включить на наибольший предел;

3)     произвести сборку схемы;

4)     после разрешения преподавателя включить питание и приступить к выполнению работы;

5)     в начале каждого опыта, изменяя напряжения и токи в допустимых пределах, качественно оценить характер зависимости, а затем произвести требуемые измерения. При снятии характеристик надо обязательно снять крайние точки. Наибольшее число измерений следует производить на участках резкого изменения наклона характеристик, а на линейных участках независимо от их протяженности достаточно снимать по три точки. Характеристики строятся непосредственно во время проведения эксперимента;

6)     в ходе работы и по ее окончанию полученные данные представлять на проверку преподавателю;

7)     схему разбирать только после проверки преподавателем результатов опыта (перед разборкой не забудьте выключить источник питания);

8)     по окончании работы привести в порядок рабочее место.

 

Оформление отчетов по лабораторным работам

В отчете должна быть сформулирована цель проведенной работы и представлены следующие материалы:

1)     схемы экспериментов;

2)     расчет заданного варианта;

3)     рассчитанные характеристики и подтверждающие их экспериментальные характеристики, построенные в одних осях координат;

4)     сравнительные таблицы экспериментальных и расчетных данных;

5)     все остальные экспериментальные характеристики;

6)     обработанные осциллограммы;

7)     выводы (анализ экспериментальных данных, вида кривых, причин погрешностей и т.д.).

Отчет оформляется чернилами или шариковой ручкой. Схемы вычерчиваются карандашом. Графики строятся на листах миллиметровой бумаги карандашом и вклеиваются в отчет. Отчет может быть напечатан на принтере.

Опытные точки могут иметь разброс. Экспериментальные кривые проводят плавно, максимально приближая к экспериментальным точкам. На графиках приводят название, обозначают, к какому опыту они относятся, и указывают постоянные величины, определяющие условия опыта. На осях координат надо обязательно указать, какая величина по ним отложена, в каких единицах она измеряется, и нанести деления. Цена деления должна быть удобной для работы.


Работа №1

Изучение электронного осциллографа

Цель работы

Освоение измерений напряжения, тока электронным осциллографом; определение масштабов напряжения, тока, времени.

Теоретическая часть

Электронный осциллограф предназначен для записи или наблюдения на экране электронно-лучевой трубки изменений электрических сигналов во времени, а также для измерения различных электрических величин. Структурная схема осциллографа приведена на рис.1.

Рис.1. Структурная схема осциллографа

Основным блоком осциллографа является электронная лучевая трубка (ЭЛТ). Катод К в трубке служит источником электронов. Электроны собираются в узкий луч при помощи электрического или магнитного поля специальных электродов или катушек с током. Электронный луч фокусируется на экране, который образуется внутренней стороной стеклянного баллона трубки, покрытой люминофором. Схематическое устройство ЭЛТ с электростатическим управлением приведено на рис.2.

Металлический катод К, подогреваемый током металлической нити Н, имеет форму стакана. Катод охвачен полым цилиндрическим модулятором М с отверстием на оси. Модулятор имеет отрицательный потенциал относительно катода, который регулируется потенциометром R1. Чем меньше напряжение модулятора, тем меньше плотность электронного потока, проходящего через модулятор и, следовательно, тем меньше яркость изображения на экране.

Электроны, прошедшие через модулятор, попадают в электрическое поле первого А1 и второго А2 анодов, имеющих вид полых металлических цилиндров. Анодам сообщаются высокие положительные потенциалы от источника питания через делитель R1–R2–R3. Регулировкой потенциала первого анода с помощью потенциометра R2 добиваются точной фокусировки пучка электронов на поверхности экрана.

Для управления положением светящегося пятна на экране применяются отклоняющие пластины X и Y, которые расположены взаимно перпендикулярно. При изменении разности потенциалов между Y1 и Y2, а также X1 и Х2 изменяется положение электронного луча на экране благодаря воздействию электростатических полей отклоняющих пластин на электроны. Разность потенциалов между пластинами Х определяет положение луча по горизонтали, а разность потенциалов между пластинами Y – положение луча по вертикали.

Канал вертикального отклонения луча содержит входное устройство и широкополосный усилитель (усилитель Y). Входное устройство содержит делитель напряжения, который позволяет регулировать чувствительность канала Y, кроме того, в него входит устройство задержки сигнала. Задержка сигнала вводится для того, чтобы напряжение развертки луча поступило на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ с опережением относительно сигнала, что позволяет наблюдать на экране начало процесса.

На выходе усилителя Y создается напряжение, пропорциональное входному сигналу и вызывающее вертикальное отклонение луча. Усилитель обеспечивает чувствительность канала Y в пределах до 2500 мм/В при сравнительно низкой чувствительности ЭЛТ в пределах 0,1…0,4 мм/В.

Канал горизонтального отклонения луча состоит из входного устройства, усилителя канала синхронизации, генератора развертки и усилителя горизонтального отклонения (усилитель X). Входное устройство канала Х не имеет устройства задержки сигнала. Генератор развертки создает линейно изменяющееся напряжение, которое через усилитель Х поступает на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ.

Рис.2. Схематическое изображение электронно-лучевой трубки

Сигналы от входного устройства Y или Х поступают на генератор развертки через усилитель синхронизации. С помощью переключателя П2 генератор развертки может быть исключен из канала X. Тогда на горизонтально отклоняющие пластины подается напряжение, пропорциональное сигналу на входе X.

Пусть осциллограф работает в режиме развертки, для которого на схеме показано положение переключателей П1–П3. Если на входе Y сигнал отсутствует, то линейно изменяющееся напряжение генератора развертки смещает электронный луч по экрану ЭЛТ слева направо с постоянной скоростью. При этом на экране получатся прямая. По окончании действия напряжения, генератора развертки луч возвращается в исходное положение в левой части экрана. После этого процесс повторяется. Смещение X луча по горизонтали пропорционально времени t.

Пусть на входе Y появляется напряжение u(t). Благодаря напряжению генератора развертки на экране будет наблюдаться развертка исследуемого напряжения во времени. Для получения устойчивого изображения необходимо синхронизировать напряжение генератора развертки с исследуемым сигналом. Допустим, что напряжение сигнала u(t) изменяется во времени по синусоидальному закону, период ТС которого отличается от периода напряжения развертки ТР (рис.3). В этом случае по окончании периода развертки луч не вернется в исходное положение, т.к. u(t1) не вернулось в нулевое значение. Второму периоду развертки будет соответствовать кривая 2, смещенная на экране относительно кривой 1 на величину ∆T = ТС – ТР, и т.д. На экране наблюдается «бегущая синусоида».

Для получения устойчивого изображения необходимо выполнить соотношение ТР = nТС, где n – целое число. Если n = 1, то на экране наблюдается один период исследуемого сигнала; при n = 2, 3,... на экране наблюдается два, три, и т.д. периодов сигнала.

Существует три вида синхронизации: от сети; внутренняя; внешняя. Синхронизация от сети применяется в том случае, если исследуются сигналы токов и напряжений, равные или кратные частоте сети 50 Гц. Такие сигналы действуют в выпрямителях, инверторах, ведомых сетью, непосредственных преобразователях частоты и др.

При внутренней синхронизации входное устройство входа Y запускает усилитель канала синхронизации, который вырабатывает короткие импульсы с частотой исследуемого сигнала. Полученные импульсы поступают на генератор развертки, который генерирует импульсы с частотой, равной или кратной частоте сигнала. При внешней синхронизации переключатель П5 находится в положении 2, и запуск генератора развертки производится внешним сигналом.

С помощью переключателя П1 генератор развертки может быть исключен из канала X. Тогда на горизонтально отклоняющие пластины можно подать напряжение, пропорциональное сигналу на входе X. На входе Х отсутствует делитель напряжения, поэтому чувствительность канала не регулируется и масштаб напряжения определяется по эталонному сигналу. Например, эталонный сигнал с амплитудой 1 В отклоняется по оси х на расстояние 1,5 см, масштаб напряжения определяется отношением 1 В/1,5 см = 0,66 В/см.

 

Экспериментальная часть

 

1.                Проведение измерения напряжений при помощи вертикального входа Y.

Установить род работы «», замерить напряжение источника питания: +15 В, +27 В, +6,3 В, –6,3 В, +9 В, –9 В. При этом пользоваться разными положениями делителя напряжения на вертикальном входе. Тумблер «Усилитель Y» поставить в положение «х10». Прямая измеряемого напряжения не должна выходить за пределы экрана. Результаты измерения занести в таблицу, например, при измерении напряжения +15 В. Зарисовать осциллограммы напряжений.

Таблица 1 – Варианты измерения постоянных напряжений

Масштаб на входе Y 20 В/см 10 В/см 5 В/см
Величина отклонения, см 0,7 1,5 3,0
Величина напряжения, В 14 15 15
Относительная погрешность 6,6% 0 0

Похожие работы:

  1. • Расчет и проектирование диода на основе кремния
  2. • Статическое электричество и полупроводниковая ...
  3. • Элементная база радиоэлектронной аппаратуры-1
  4. • Радиоэлектронника
  5. • История развития электроники
  6. • Физико-топологическое моделирование структур элементов БИС
  7. • Компьютерное моделирование сенситометрических характеристик ...
  8. • Компьютерное моделирование сенситометрических характеристик ...
  9. • Разработка макета системы персонального вызова
  10. • Анализ стробоскопического преобразователя частоты
  11. • Проблемы развития источников вторичного ...
  12. • Элементная база радиоэлектронной аппаратуры-1
  13. • Свойства сплавов кремний-германий и перспективы Si1-xGex ...
  14. • Механизм роста кристаллитов фуллерита в пленках Sn - C60
  15. • Типология техники. Современные тенденции развития техники
  16. • Машинная память
  17. • Структура и свойства пьезокерамических материалов ...
  18. • Машинная память
  19. • Человек в новом информационном обществе