Оптоэлектроника Полупроводниковый лазер Волоконно-оптический световод Электронно-дырочный переход Изучение законов внешнего фотоэффекта

Лабораторные работы по электронике

ЭЛЕМЕНТЫ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

Анализ и синтез цифровых схем проводят на основе Булевой алгебры

ЦИФРОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Типы логических микросхем и структура ТТЛ

Мультиплексоры и демультиплексоры Мультиплексор (MX) (другие названия – селектор данных, коммутатор) – это комбинационное логическое устройство, предназначенное для управляемой передачи данных, которые поступают по нескольким входам, на один выход. Выбор того или иного входа осуществляется в соответствии с поступающим кодом адреса.

Лабораторная работа. Исследование полупроводниковых диодов Цель работы Снятие вольтамперных характеристик германиевого и кремниевого диода, стабилитрона, определение их параметров по характеристикам.

Расчет схемы управления тиристорными ключами Правильный выбор схемы управления и ее точный расчет в большой степени определяют долговечность и надежность тиристорного регулятора.

Принцип действия и конструкция фоторезистора

ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ Эффект Дембера. Механизм образования фото – э.д.с. в полупроводниках с электронно-дырочным переходом.

ИНТЕГРАЛЬНАЯ И ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА Процессы в оптическом волноводе

Фотопроводимость

Принципы работы оптических модуляторов и дефлекторов

Схемы оптронов и их элементы. Параметры, характеризующие работу оптронов. Резисторные, диодные, транзисторные и тиристорные оптопары. Оптоэлектронные микросхемы. Оптронами называются такие оптоэлектронные приборы, в которых имеются излучатели и фотоприемники, оптически и конструктивно связанные друг с другом.

Фотодиоды с барьером Шоттки, лавинные фотодиоды

Оптоэлектроника – это раздел электроники, в котором изучаются вопросы генерации, передачи и хранения информации на основе совместного использования оптических и электрических явлений. Элементная база:

1. Фотоэлектрические полупроводниковые приборы – преобразователи световой энергии в электрическую.

2. Светодиодные оптоизлучатели– преобразователи электрической энергии в световую.

3. Оптоэлектрические пары (оптопары, оптроны) – приборы для электрической изоляции при передаче информации по световому каналу.

Обратный ток утечки в p-n переходе обусловлен неосновными носителями. Обычно пары электрон-дырка образуются за счет тепловой энергии. Но если на p-n переход падает свет, то это приводит к значительному увеличению концентрации неосновных носителей. Электроны и дырки, освобожденные энергией фотонов, вызывают значительное увеличение обратного тока утечки.

Фотодиод – это p-n переход, помещенный в корпус с прозрачным окном. Обычно такой диод работает со смещением в обратном направлении и типичное значение его тока в темноте равно 1нА. При освещении с интенсивностью 1мВт/см2 ток увеличивается до 1 мкА. Такую интенсивность дает лампа мощностью 60 Вт на расстоянии 30 см.

Фототранзистор – это обычный транзистор с прозрачным окном в корпусе. Когда свет падает на транзистор, в обоих p-n переходах освобождаются неосновные носители, но увеличение фототока дают те из них, которые образуются у смещенного в обратном направлении перехода коллектор-база. Как тепловой ток утечки IКО перехода коллектор-база усиливается транзистором и дает больший ток утечки коллектор-эмиттер, так же усиливается и фототок. Чувствительность фототранзисторов обычно в сто раз выше, чем у фотодиода. Базовый вывод у фототранзистора часто не используется. Светодиоды – это полупроводниковые диоды на основе фосфида галлия и арсенида галлия, которые излучают свет при протекании прямого тока. Обычно прямой ток составляет 5…80 млА и для ограничения его последовательно с диодом включают резистор. Имеются светодиоды с красным, зеленым, желтым и довольно слабым синим свечением. Срок службы светодиодов практически не ограничен. Для индикации цифр на цифровых дисплеях применяют светодиодные индикаторы. Наиболее распространены семисегментные индикаторы.

Оптроны – это приборы, содержащие в одном корпусе оптоизлучатель и фотоприемник, оптически связанные друг с другом. В качестве оптоизлучателя используются светодиоды, работающие в инфракрасном диапазоне излучения. В качестве фотоприемников используются фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры. Т.к. между приемником и излучателем существует только оптическая связь, это позволяет передавать сигналы при разности потенциалов между приемником и излучателем до нескольких кВ. При этом практически полностью исключаются паразитные емкостные и индуктивные связи в канале передачи информации, поэтому оптический канал связи обладает высокой помехоустойчивостью и надежностью.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

 

1. ХАРАКТЕРИОГРАФ

 

1.1. Назначение

Харктериограф, рассчитан на совместную работу с осциллографом Н3013, предназначен для снятия вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов, полевых и биполярных транзисторов малой и средней мощности, тиристоров, резисторов, фоторезисторов и других элементов (рис. 1.1).

 

Рис. 1.1. Схема характериографа

1.2. Технические данные стенда

Диапазон изменения напряжения на исследуемом элементе от +30 до -30 В.

Частота изменения напряжения – 50 Гц.

Диапазон регулирования тока смещения от 0 до 15 мА при напряжении до 12 В.

1.3. Устройство и работа стенда

Электрическая схема прибора выполнена на печатной плате, установленной на обратной стороне передней панели.

На лицевой панели расположены:

- переключатели шкалы прибора для изменения предела измерения силы тока по шкале прибора;

- переключатель «Полярность» для изменения полярности напряжения или тока на выходных контактах источника тока смещения;

- переключатель «И1» для включения источника тока смещения;

- переключатель «И2» для включения источника тока прибора;

- переключатель «Кал» для включения режима калибровки;

- переключатель «мА» для изменения масштаба по оси «Y»;

- переключатель «Плюс» для изменения напряжения на исследуемом элементе от 0 до + 30 В;

- переключатель «Минус» для изменения напряжения на исследуемом элементе от 0 до - 30 В;

- переключатель «Инверсия Y» для перемещения графика относительно оси «Y»;

- переключатель «Инверсия Х» для перемещения графика относительно оси «Х»;

- ручки регуляторов источника тока смещения и источника тока прибора;

- микроамперметр для измерения тока смещения исследуемого элемента;

- разъём для подключения блока исследуемых полупроводниковых приборов.

Характериограф, схема которого приведена на рис. 1.1, состоит из двух функционально обособленных узлов: источника тока и источника тока смещения исследуемого элемента, подключаемого к контактам «ХS3», «ХS5».

Напряжение на источники тока подаётся с клемм вторичных обмоток трансформаторов блока многофазного трансформатора (МТ) универсального лабораторного стенда.

Источник тока смещения состоит из выпрямителя VD1, который питает параметрический стабилизатор R1, VD2; регулятора тока смещения R2; шунтов R4, R5; микроамперметра PА1; переключателей шкалы прибора S2 и полярности S3.

Постоянное напряжение поступает на электроды исследуемого элемента через резистор R3, микроамперметр PА1, переключатель полярности S3 и контакты ХS3, ХS5. Резистор ограничивает ток в цепи, а микроамперметр PА1 измеряет этот ток. Переключатель S2, резистор R3 и микроамперметр можно зашунтировать резисторами R4 или R5 для изменения предела измерения силы тока по шкале прибора PА1.

Источник тока исследуемого элемента состоит из ограничительного резистора R6, диодов VD3, VD4, определяющих полярность напряжения на исследуемом элементе, регулятора амплитуды напряжения R7, стабилитронов VD5, VD6, используемых для калибровки, резисторов R8, R9, используемых в качестве датчиков тока, переключателей S5 - S8, используемых для калибровки и работы прибора.

При замкнутых контактах переключателя S5 напряжение на исследуемом элементе изменяется с частотой 50 Гц от 0 до + 30 В, при замкнутых контактах только переключателя S6 – от 0 до – 30 В. Если замкнуты контакты обоих переключателей, то напряжение на исследуемом элементе изменяется от + 30 до - 30 В.

1.4. Подготовка устройства к работе

Установите органы управления в следующее положение:

- ручки регуляторов источника тока смещения и источника тока прибора – в крайнее левое;

- все кнопки переключателей – отпущены.

Соедините две вторичных обмотки одной из фаз блока МТ с контактами ХS1, ХS2 (см. рис. 1.1), расположенными в нижней части лицевой панели осциллографа.

Включите автоматический выключатель блока защитной аппаратуры универсального стенда, обеспечивающий подачу трёхфазного напряжения 380 В к блоку МТ.

1.5. Подготовка осциллографа к работе

Установите органы управления в следующее положение:

- «Яркость» – против часовой стрелки до отказа;

- «Фокус» – в среднее положение;

- «Х» и «Y» - против часовой стрелки до отказа;

- кнопки «Разв.», «Синхр.», «1Н – 10 кН» - отпущены.

Включите тумблер «Сеть».

Через 2 – 3 минуты, после включения отрегулируйте яркость и фокусировку ручками «Яркость» и «Фокус». Если луча не будет на экране при максимальной яркости, то ручками ↨ и ↔ переместите луч в желаемую точку экрана.

1.6. Калибровка осциллографа по напряжению и току

Включите переключатель «И2», «Минус», «Кал». Ручку регулятора источника тока прибора установите в крайнее правое положение. Ручками «Y Плавно», «Y Грубо», «Х Плавно» «Х Грубо», а если потребуется, то и ↨, ↔ добейтесь того, чтобы осциллограмма, представляла собой обратную ветвь характеристики стабилитрона. Осциллограмма должна находится в удобной для калибровки части экрана осциллографа, при этом длина горизонтальной линии графика будет соответствовать напряжению 10 В, а вертикальной – 1 мА или 10 мА (переключатель «МА» включен).

По данным значениям напряжения и тока и числу делений масштабной сетки, которое им соответствует, определяется чувствительность осциллографа по оси «Х», «Y». Рекомендуемая чувствительность при исследовании полупроводниковых приборов приведена в таблице 1.1.

После окончания калибровки выключите переключатели «И2», «Минус», «Кал», ручку регулятора источника тока прибора установите в крайнее левое положение.

Таблица 1.1

Рекомендуемая чувствительность при исследовании полупроводниковых приборов

Работа

Чувствительность по оси

Х, В/дел

Y, мА /дел

Исследование полупроводниковых диодов

0,2 - 5

0,4 - 4

Исследование тиристора

5

0,5

Исследование входных характеристик транзистора, включенного по схеме ОЭ, ОБ

0,2

0,4

Исследование выходных характеристик транзистора, включенного по схеме ОЭ, ОБ

2 - 4

2 - 4


На главную