Московский энергетический институт (Технический университет)

Вид материала

Отчет

Содержание Использование моделирования p-n диодов в лабораторной работе № 1 Хема получения прямой ветви вах Прямая ветвь вольтамперной характеристики Обратная ветвь вольтамперной характеристики

Подобный материал:

• О проблемах измерения эффективности мероприятий корпоративных паблик рилейшнз бельских, 101.09kb.
• Методы повышения селективности низковольтных автоматических выключателей, 294.5kb.
• Разработка методик и устройств химического контроля водного теплоносителя на тэс, 328.54kb.
• Московский Государственный Институт Электроники и Математики (Технический Университет), 10.69kb.
• Механизм обеспечения проектного финансирования инвестиционной деятельности электроэнергетических, 283.98kb.
• Министерство образования и науки РФ московский энергетический институт (технический, 83.36kb.
• Инструменты динамической сегментации рынка пивоваренной продукции с использованием, 278.33kb.
• Повышение эффективности инвестиционной деятельности диверсифицированных станкостроительных, 292.96kb.
• Совершенствование электрогидравлического регулятора мощности дуговой печи постоянного, 176.56kb.
• Московский Государственный Институт Электроники и Математики (Технический Университет), 763.07kb.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Перечень работ основного цикла лабораторного практикума, составленный на основе примерных программ дисциплины «Электроника»

1. Изучение статических характеристик и параметров полупроводниковых диодов
   
2. Изучение импульсного режима работы полупроводникового диода.
   
3. Исследование статических характеристик биполярных транзисторов.
   
4. Экспериментальное определение параметров модели биполярного транзистора.
   
5. Статические характеристики полевых транзисторов.
   
6. Изучение работы биполярного транзистора в резистивном усилительном каскаде.
   
7. Изучение работы полевого транзистора в резистивном усилительном каскаде.
   
8. Исследование ключевых каскадов на биполярных и полевых транзисторах.
   

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Макет описания лабораторной работы N 1


Московский энергетический институт (Технический университет)


Кафедра Формирования колебаний и сигналов


Лабораторный практикум по дисциплине «Электроника» для направлений 552500 и 654200 «Радиотехника»


Лабораторная работа N 1


«Изучение статических характеристик и параметров полупроводниковых диодов»

1. Цели работы
   

1. Экспериментально получить статические характеристики германиевых и кремниевых полупроводниковых диодов для областей прямых и обратных токов. Сопоставить вольт-амперные характеристики диодов, выполненных на основе разных материалов.

2. Сравнить р-п переходы с различной степенью легирования по пробивным напряжениям.

3. Исследовать влияние температуры на характеристики р-п диодов.

4. По экспериментальным статическим характеристикам определить параметры низкочастотных нелинейных моделей диодов, используемые в компьютерных программах автоматизации проектирования.

5. Сравнить экспериментально полученные статические характеристики с характеристиками, полученными методом компьютерного моделирования.

6. Получить экспериментально и проанализировать статические характеристики р-п переходов биполярного транзистора.


1.2. Объекты исследования

1. Германиевые p-n диоды (например, Д-10Б, Д-312).
   

2. Кремниевые планарные диоды (например, КД-503Б).

3. Кремниевые биполярные транзисторы, у которых исследуются эмиттерный и коллекторный р-п переходы (например, КТ-316).


1.3. Задание для домашней подготовки

1. Пользуясь эскизом передней панели стенда, приведенным в описании лабораторной работы, выберите схемы для экспериментального получения прямой и обратной ветвей статических характеристик диодов. Изобразите эти упрощенные схемы, обоснуйте свой выбор.

2. Изобразите ожидаемые статические характеристики германиевого и кремниевого диодов.

3. Изложите методику определения параметров низкочастотной нелинейной модели диода по экспериментальной статической характеристике с учетом влияния измерительных сопротивлений.

4. Изобразите ожидаемые статические характеристики германиевого и кремниевого диодов при двух значениях температуры.

5. Постройте прямые ветви статических характеристик германиевого и кремниевого диодов при разных температурах методом компьютерного моделирования. (Используйте программу схемотехнического проектирования MICROCAP-V. Параметры модели взять из индивидуального задания на подготовку к работе.)


1.4. Задание для выполнения в лаборатории

1. Включите напряжение питания стенда и запустите программу выполнения лабораторной работы. Программа будет работать с Вами в режиме диалога.

2. Зарегистрируйтесь в базе данных исполнителей лабораторной работы.

3. Подготовьтесь к экспериментальному получению прямых ветвей статических характеристик диодов. Для этого

3.1. Выберите схему измерений для получения прямых ветвей статических характеристик диодов (Рис.П.3.1). Включите в схему измерения с помощью манипулятора «мыши» германиевый диод, тип которого указан в вашем задании. Задайте температуру, пределы изменения входного напряжения цепи, шаг изменения входного напряжения. Получите изображение характеристики диода на мониторе. Зарисуйте полученную характеристику. Проанализируйте таблицу результатов измерений. Выберите и запишите координаты экспериментальных точек, по которым Вы будете определять параметры низкочастотной нелинейной модели диода. Запишите величину прямого напряжения на диоде при токе 2 мА.

Пример экрана монитора для выбора схемы измерения


Рис.П3.1

3.2. Увеличьте температуру на 40⁰С. Зарисуйте полученную характеристику. Запишите величину прямого напряжения на диоде при токе 2 мА. Сравните значение этого напряжения с измеренным в п.3.1. Сделайте выводы о влиянии температуры на статические характеристики германиевых диодов.

3.3. Включите в схему измерения кремниевый диод, тип которого указан в вашем задании. Повторите измерения по п.п.3.1-3.2.

4. Подготовьтесь к экспериментальному получению обратных ветвей статических характеристик диодов.

4.1. Выберите схему измерения обратных ветвей статических характеристик диодов. Включите в схему измерения с помощью манипулятора «мыши» германиевый диод. Задайте температуру, пределы изменения входного напряжения цепи и шаг изменения входного напряжения. Получите изображение обратной ветви характеристики диода на мониторе. Зарисуйте полученную характеристику. Запишите значения обратного тока диода при обратных напряжениях 2, 5 и 10 В. Определите по наблюдаемой кривой пробивное напряжение диода.

4.2. Повторите пп.4.1. с кремниевым диодом.

4.3. Сравните результаты измерений для разных диодов.

5. Получите на экране монитора характеристику прямой ветви эмиттерного р-п перехода биполярного транзистора, указанного в Вашем задании. Для этого включите в схему измерения с помощью манипулятора «мыши» эмиттерный р-п переход биполярного транзистора. Задайте температуру, пределы изменения входного напряжения цепи и шаг изменения входного напряжения. Получите изображение характеристики на мониторе. Зарисуйте полученную характеристику.

6. Получите на экране монитора характеристику прямой ветви коллекторного р-п перехода биполярного транзистора. Для этого включите в схему измерения с помощью манипулятора «мыши» коллекторный р-п переход биполярного транзистора. Задайте температуру, пределы изменения входного напряжения цепи и шаг изменения входного напряжения. Получите изображение характеристики на мониторе. Зарисуйте полученную характеристику.

6. Сравните характеристики, полученные в п.п.3,4,5 и 6.

7. Подготовьтесь к наблюдению обратных ветвей статических характеристик р-п переходов биполярного транзистора.

7.1. Выберите схему измерения обратных ветвей статических характеристик р-п перехода. Включите в схему измерения с помощью манипулятора «мыши» коллекторный р-п переход биполярного транзистора. Задайте температуру, пределы изменения входного напряжения цепи и шаг изменения входного напряжения. Получите изображение характеристики на мониторе. Зарисуйте полученную характеристику. Запишите значения обратного тока диода при обратных напряжениях 2, 5 и 10 В. Определите по наблюдаемой кривой пробивное напряжение р-п перехода биполярного транзистора.

7.2. Повторите п.7.1. с эмиттерным р-п переходом биполярного транзистора.

8. По результатам измерений, выполненных в.пп.3 и 4, определите параметры низкочастотных моделей диодов и, пользуясь этими параметрами, постройте характеристики диодов с помощью пакета Matchad.
   

Сравните характеристики, полученные экспериментально, построенные по найденным параметрам модели и компьютерным моделированием с помощью программы MICRO-CAP.V. Перестройте характеристики, найденные по модели, введя логарифмический масштаб по оси токов. Сравните найденные по результатам измерений прямой ветви токи насыщения р-п перехода с реальными обратными токами. Результаты представьте в виде таблицы.


1.5. Содержание отчета

Отчет должен содержать:

результаты домашней подготовки;

графики и таблицы, полученные в процессе экспериментальных исследований;

параметры низкочастотных моделей диодов;

теоретические статические характеристики диодов и полученные с помощью компьютерного моделирования;

выводы по экспериментальным исследованиям.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ P-N ДИОДОВ В ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 1


Использование моделирования в данной работе имеет две цели. Первая – изучить с помощью модели общие свойства полупроводниковых приборов, которые в лаборатории будут исследоваться экспериментально. Вторая – на простых примерах приобрести навыки работы с программными пакетами, которые в дальнейшем будут применяться в инженерной практике. В данном практикуме моделирование выполняется с использованием пакета программ схемотехнического моделирования Micro-Cap V.

Выбор этого пакета диктуется его широкой распространенностью в студенческой и инженерной среде, удобством интерфейса, достаточной для инженерных расчетов точностью, богатой библиотекой моделей электронных компонентов, как отечественного, так и импортного производства.

Моделирование используется на двух этапах: при подготовке к работе и после ее выполнения.

При подготовке к работе студент включает заданные типы диодов в простые схемы для измерения прямого тока диода (рис. П.4.1) и для измерения обратного тока (рис. П.4.2). При исследовании прямой ветви моделируются и сравниваются между собой характеристики кремниевых диодов при двух значениях температуры (27⁰С и 70⁰С) (рис.П.4.3).

Для получения количественных данных токов и напряжений в заданной точке студенты учатся пользоваться режимом курсора. Переход в этот режим осуществляется с помощью клавиши F8. Курсор устанавливается в необходимой точке полученной на экране ВАХ с помощью указателя и одиночного щелчка левой клавиши мыши, более точная установка может быть осуществлена с помощью клавишей-стрелок. Координаты курсора

С
ХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ ПРЯМОЙ ВЕТВИ ВАХ


Рис. П.4.1


С
ХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ ОБРАТНОЙ ВЕТВИ ВАХ

Рис. П.4.2

ПРЯМАЯ ВЕТВЬ ВОЛЬТАМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

КРЕМНИЕВОГО ДИОДА ПРИ ДВУХ ЗНАЧЕНИЯХ ТЕМПЕРАТУРЫ:

27⁰С (а) И 70⁰С (б)



а)


б)

Рис. П.4.3


ОБРАТНАЯ ВЕТВЬ ВОЛЬТАМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

М
ОДЕЛИ КРЕМНИЕВОГО ДИОДА, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ В ПАКЕТЕ MICRO-CAP V


Рис. П.4.4


выдаются в виде чисел в таблице в нижней части экрана, как это показано на рис.П.4.3.

В режиме изменения обратных токов студенты знакомятся с вольтамперными характеристиками обратной ветви, встроенными в пакет Micro-Cap V (рис.П.4.4), чтобы после получения экспериментальных данных сравнить их с полученными для модели. Результаты моделирования предъявляются преподавателю до начала экспериментов.

На втором этапе студенты, опираясь на экспериментально определенные параметры модели прибора (в случае диода – ток насыщения и сопротивление омической части) редактируют модель диода из библиотеки электронных компонентов, получают ее характеристики и сравнивают эти характеристики с экспериментальными данными.

Аналогичный подход к использованию моделирования по мере возможностей реализуется во всех лабораторных работах данного практикума.