Вступление

Методические указания предназначены для курсантов дневной и студентов заочной формы обучения в направлении подготовки 6.070104 «Морской и речной транспорт» специализации «Судовождение» при проведении лабораторных работ по дисциплине „Радиотехника и электроника”.

Изучение дисциплины „Радиотехника и электроника” для курсантов дневной формы обучения проводится в 2 семестре и включает в себя:

• Лекционные занятия в течение семестра (16 часов);

• Выполнение лабораторных работ (20 часов.);

• Выполнение расчетно – графической работы;

• Модульный контроль усвоения лекционного курса;

• Самостоятельную работу над учебной литературой.

После выполнения указанных видов работ курсант допускается к сдаче зачета.

Приведенная библиография вмещает несколько экземпляров приблизительно равноценных учебников, что позволяет более рационально организовать изучение материала. При изучении материала учебников и выполнении расчетно–графической работы (РГР) возникающие вопросы могут быть решены на консультациях, которые проводятся преподавателями кафедры.

Приведенные в методических указаниях лабораторные работы охватывают основные разделы учебной программы дисциплины «Радиотехника и электроника» и отвечают международным требованиям программы «STW 44/3/5 от 25 January 2013 Model Course – Officer in Charge of a Navigational Watch».

Содержание лабораторных работ охватывает исследование основных элементов электроники – полупроводниковых датчиков, диодов, биполярных и униполярных транзисторов, а также базовых схем аналоговой и цифровой электроники, используемых в системах электронного управления судном: усилителей на биполярных транзисторах и операционных усилителях, мультивибраторов, логических элементов цифровой электроники. Каждая лабораторная работа рассчитана на два часа. После выполнения лабораторной работы курсант обязан сдать протокол и защитить результаты лабораторной работы в пределах тех теоретических знаний, которые приведены в методическом указании к данной лабораторной работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Исследование свойств германиевого датчика

температуры, применяемого в системах контроля судового оборудования

Цель работы – исследовать влияние температуры на сопротивление собственного полупроводника и определить калибровочную характеристику германиевого датчика температуры.

[1, с.17-39]; [4, c.67-89].

Лабораторная схема и методика проведения эксперимента

В работе исследуется температурный датчик на основе собственного германия. По результатам работы необходимо определить калибровочную характеристику датчика.

Известно, что сопротивление собственного полупроводника уменьшается с повышением температуры согласно экспоненциальному закону

, (1.1)

где R₀ − удельное сопротивление полупроводника при бесконечно большой температуре;

ΔΕ − ширина запрещенной зоны;

К=8,62.10^-5 эВ/К − постоянная Больцмана;

Т − абсолютная температура.

Прологарифмируем эту зависимость

. (1.2)

Отсюда выходит, что в координатах , наблюдается линейная зависимость с угловым коэффициентом В (рис.1.1)

. (1.3)

Таким образом, получив экспериментально зависимость сопротивления собственного полупроводника от температуры, необходимо перестроить ее в координатах , а затем полученные экспериментально точки аппроксимировать прямой линией и определить угловой коэффициент полученной прямой с помощью соотношения

. (1.4)

где ─ координаты двух экспериментальных точек, расположенных на данной прямой (см. рис.1.1).

Из выражения (1.2) следует, что калибровочная прямая датчика температуры на основе собственного полупроводника имеет вид

, (1.5)

где Т_i – измеряемая температура в ⁰С;

В – угловой коэффициент, определяемый по (1.2);

lnR₀ – натуральный логарифм сопротивления полупроводника при бесконечно большой температуре, который определяется экспериментально при калибровке датчика (см. выражение 1.6);

lnR_i – натуральный логарифм сопротивления полупроводника при измеряемой температуре.

Значение коэффициента lnR₀ можно определить усреднением экспериментальных данных согласно:

. (1.6)

В дальнейшем, получив калибровочную кривую температурного датчика, по значению измеренного значения сопротивления датчика можно рассчитать температуру окружающей среды согласно (1.5) с конкретными значениями коэффициентов В и lnR₀.

Экспериментально зависимость R = (T) снимают с помощью схемы измерения, изображенной на рис. 1.2, которая представляет собой управляемую микроконтолером систему нагрева термостата и контроля температуры в нем, а также систему измерения сопротивления датчика.