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 Тi – 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);
lnRi – 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.
- Вступление
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- 1 Полупроводниковые материалы
- 2 Структура и зонная диаграмма собственных и примесных полупроводников
- 3 Параметры собственных полупроводников
- 4 Параметры примесных полупроводников
- 5. Электропроводность примесных полупроводников.
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа №2 Исследование основных типов полупроводниковых диодов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторная схема
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Подготовка измерительного стенда к измерению вольтамперных характеристик диодов и стабилитронов.
- Исследование германиевого микросплавного импульсного диода типа гд508а.
- Исследование кремниевого маломощного стабилитрона типа 1n5201.
- Теоретические знания
- Образование электронно-дырочного перехода
- Вольтамперная характеристика р-п перехода
- Полупроводниковые диоды
- Влияние внешних факторов на вах реальных диодов
- 3 .2 Классификация диодов
- Параметры и применение исследуемых типов диодов
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 3 Исследование статических характеристик основных типов биполярных транзисторов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- 1. Подготовка измерительного стенда к измерению статических характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с оэ.
- 2. Исследование кремниевого эпитаксиально-диффузионного биполярного транзистора п-р-п типа кт315е.
- Теоретические знания
- 1 Структура и основные режимы работы биполярного транзистора
- 2 Работа транзистора в активном режиме
- 3 Сравнение различных схем включения транзистора
- 4 Малосигнальные параметры биполярного транзистора
- 6 Статические характеристики биполярного транзистора
- 7 Модель Эберса-Молла
- 8 Работа транзистора в импульсном режиме
- 9 Классификация биполярных транзисторов
- 10 Система обозначений биполярных транзисторов
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 4 Исследование статических параметров основных типов униполярных транзисторов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Исследование полевого транзистора управляемого р-п переходом и каналом п-типа кп303и.
- Теоретические знания
- 1 Структура и принцип работы униполярного транзистора с управляющим р-п переходом
- 2 Структура и принцип работы униполярного транзистора с изолированным затвором
- 4 Малосигнальные параметры униполярных транзисторов
- 5 Основные схемы включения униполярных транзисторов
- 6 Классификация униполярных транзисторов
- 7 Система обозначений униполярных транзисторов
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 5 Исследование rс-усилителя на биполярном р-п-р транзисторе, как основного усилителя систем управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- 1 Выбор режима работы усилителя по постоянному току
- Нагрузочная прямая строится следующим путем (только для линейной нагрузки):
- 2 Стабилизация работы транзисторного усилителя с помощью отрицательной обратной связи
- 3 Амплитудно - частотная характеристика усилителя
- 4 Эмиттерный повторитель напряжения
- Если учитывать сопротивление базового делителя, то входное сопротивление приблизительно равняется
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 6 исследование основных схем включения операционного усилителя, применяемых в системах управления
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- 1 Идеальный операционный усилитель
- 2 Параметры реального операционного усилителя
- 3 Основные схемы включения операционных усилителей
- 4 Зависимость коэффициента усиления оу и фазового смещения от частоты
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 7 Исследование основных схем включения мультивибраторов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- 1. Исследование мультивибратора на биполярных транзисторах
- 2. Исследование мультивибратора на операционном усилителе
- Теоретические знания
- 1 Мультивибратор на биполярных транзисторах
- 2 Мультивибратор на основе операционного усилителя (оу)
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 8 исследование типОвых логических функциональных элементов интегральных микросхем
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- Классификация интегральных микросхем
- 2 Условные обозначения и таблицы истинности основных логических элементов
- 3 Типовые схемы базовых логических элементов интегральных микросхем
- 4 Сравнение ттл и кмоп логических элементов
- Контрольные вопросы