WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
Министерство образования Российской Федерации Тамбовский государственный технический университет ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ Лабораторные работы для студентов 4 курса дневного и заочного отделений специальности 200800 Тамбов • Издательство ТГТУ • 2002 ББК 859я73-5 УДК 621.38 (076) Б892 Утверждено редакционно-издательским советом университета Рецензент Доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой общей физики ТГУ им. Г. Р. Державина, профессор В. А. Федоров Б892 Технология устройств функциональной электроники: Лаб. работы / Сост. Ю. А. Брусенцов, И. С. Филатов. Тамбов: Изд-во: Тамб. гос. техн. ун-та, 2002. 16 с.

Изложена методика проведения лабораторных работ, позволяющих ознакомиться с устройством, принципом работы и технологией устройств функциональной электроники.

Лабораторные работы предназначены для студентов 4 курса дневного и заочного отделения специальности 200800.

ББК 859я73-5 УДК 621.38 (076) © Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ), 2002 Учебное издание ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ Лабораторные работы С о с т а в и т е л и:

Брусенцов Юрий Анатольевич, Филатов Иван Сергеевич Редактор В. Н. Митрофанова Компьютерное макетирование И. В. Евсеевой ЛР № 020851 от 13.01.99 г. Плр № 020079 от 28.04.97 г.

Подписано к печати 11.03.2002.

Гарнитура Тimes New Roman. Формат 60 84/16. Бумага газетная. Печать офсетная.

Объем: 0,93 усл. печ. л.; 0,86 уч.-изд. л.

Тираж 100 экз. С. 165.

Издательско-полиграфический центр ТГТУ 392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14 Лабораторная работа 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ КОММУТАЦИИ ТРАНЗИСТОРНОЙ ОПТОПАРЫ ОТ ЯРКОСТИ ОСВЕЩЕНИЯ ФОТОТРАНЗИСТОРА Цель работы: ознакомиться с составляющими оптоэлектронных устройств (оптопар), исследовать световые характеристики светоизлучателя (светодиода) и характеристики сопротивления светоприемника (фототранзистора).

Приборы и принадлежности: светоизлучающий диод АЛ 307 Б, фототранзистор на базе транзистора МП-25, фотоэкспонометр Фотон-1, омметр, источник постоянного тока.

Оптоэлектроника отличается от других видов электроники (полупроводниковой, вакуумной) наличием в сигнальной цепи оптического звена или оптической (фотонной) связи. Существуют два пути развития оптоэлектроники – оптический (в основе – когерентный излучатель – лазер) и электрооптический, основанный на фотоэлектрическом преобразовании сигнала (оптроника).

Сущность оптроники – замена электрических связей оптическими.

Оптронные устройства выполняют функции элементов коммутациии и гальванической развязки. Оптрон – устройство, в котором конструктивно объединены светоизлучатель и фотоприемник. Они составляют оптопару.

Оптопара состоит из светоизлучателя, оптической среды и фотоприемника.

В качестве светоизлучателя могут применяться лампы накаливания, светоизлучающие диоды различного спектра излучения (от красного до синего) (рис.1) или полупроводниковые лазеры малой мощности.

Оптической средой могут служить воздух, вакуум или оптиковолоконные линии. При этом светоизлучатель может находится либо в непосредственной близости от фотоприемника (датчики перемещения, фотодатчики в Рис. видеомагнитофонах или Светоизлучающий диод:

компьютерах), либо он отделен от 1 – компаунд; 2 – фотоприемника на значительное кристалл Ga As;

расстояние – оптоволоконные 3 – выводы линии связи.

Оптопары могут иметь в качестве фотоприемника фотодиод, фоторезистор, фототранзистор, фототиристор.

Преимущества транзисторной оптопары в том, что транзистор сам выполняет функции усилителя, в то время как для фотодиодов и фоторезисторов требуется применение дополнительных усилительных схем. Электрический аналог транзисторного оптрона – импульсный трансформатор.

Структурная схема оптопары представлена на рис. 2.

В качестве светоизлучателя в работе применен светодиод Uпит Uкомм АЛ 307 Б. Оптической средой является воздух.

Фотоприемник – транзистор Рис. 2 Структурная схема МП-25 с открытым транзисторной оптопары кристаллом. На светодиод подается напряжение питания Uпит, с фототранзистора снимается напряжение коммутации Uкомм, зависящее от свойств оптической среды и от яркости свечения светодиода.

Сопротивление фототранзистора и режим его работы зависят от освещенности его кристалла. Если база не освещена, то фототранзистор работает в режиме усилителя.

При освещении базовой области попадающие на нее фотоны выбивают электроны, переход становится проводящим и в коллекторной цепи протекает ток (так называемый фототок).

Величина фототока зависит от освещенности базы.

Порядок выполнения работы 1 Собрать установку для определения яркости свечения светодиода (рис. 3).

1 2 Рис. 3 Установка для определения характеристики свечения светодиода:

3 мм 1 – источник постоянного тока;

2 – светодиод; 3 – фотоэлемент;

4 – экспонометр 2 Включить источник постоянного тока и, изменяя напряжение от 1,4 до 2,1 В, по экспонометру получить значения яркости свечения. Результаты занести в табл. 1.

1 Зависимость яркости свечения светодиода от напряжения питания Uпит 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,Е, лк 3 Построить график зависимости яркости свечения от напряжения питания (рис. 4).

Е, лк 0 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 Uпит, В Рис. 4 Зависимость яркости свечения светодиода от напряжения питания 4 Собрать установку для определения свойств транзисторной оптопары (рис. 5). 1 Рис. 5 Установка для определения 3 мм сопротивления фототранзистора:



1 – источник постоянного тока;

2 – светодиод; 3 – фототранзистор;

4 – омметр 5 Включить источник постоянного тока и, изменяя напряжение от 1,4 до 2,1 В, по омметру получить значения сопротивления фототранзистора. Полученные данные заносятся в табл. 2.

2 Зависимость сопротивления фототранзистора от напряжения питания светодиода Uпит 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,R, кОм 6 Построить график зависимости сопротивления фототранзистора от напряжения питания светодиода (рис. 6).

R, кОм Содержание отчета 1 Описание и схемы установок для определения свойств светоизлучателя и фотоприемника.

2 Таблица и график зависимости сопротивления фототранзистора от напряжения питания светодиода.

3 Таблица и график зависимости сопротивления фототранзистора от напряжения питания светодиода.

0 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 Uпит, В Контрольные вопросы Рис. 6 Зависимость сопротивления фототранзистора от напряжения 1 Применение оптопар, их достоинства и недостатки.

питания светодиода 2 Источники света в оптоэлектронных устройствах.

3 Фотоприемники, их свойства и особенности.

4 Способы управления фототоком транзистора оптопары.

Литература: [ 1, с. 5 – 12; 2 с. 23 – 30] Лабораторная работа ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЧАСТОТЫ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ НАГРУЗКИ Цель работы: ознакомиться с высокочастотными устройствами на примере реактивной нагрузки, исследовать ее частотные характеристики, получить зависимость гашения сигнала от частоты.

Приборы и принадлежности: генератор высокочастотных колебаний, осциллограф, высокочастотная нагрузка.

Высокочастотная нагрузка имеет реактивное сопротивление, то есть ее параметры зависят от рабочей частоты устройства, где она применяется. Обычно ВЧнагрузки больших мощностей (5 Вт и более) используют при согласовании выходных цепей передатчиков и антенн. Например, если антенна короче, чем необходимо, то на выбранной частоте сопротивление антенны имеет реактивную составляющую емкостного характера. В случае, когда антенна длиннее, на той же частоте антенна имеет реактивность индуктивного характера. Поэтому при настройке антенны нежелательную реактивность можно компенсировать введением дополнительной реактивности противоположного знака. Например, если антенна длиннее, чем это необходимо, индуктивную составляющую можно компенсировать включением в цепь питания антенны дополнительного высокочастотного сопротивления. Его значение можно рассчитать для нужной частоты, зная значение индуктивной составляющей, либо подобрать экспериментально.

Порядок выполнения работы 1 Ознакомиться с устройством лабораторной установки (рис. 6).

Сигнал высокой частоты с выхода генератора высокочастотных колебаний 1 поступает на вход А осциллографа 2. С того же выхода на вход В осциллографа поступает сигнал через Рис. 6 Схема лабораторной высокочастотную нагрузку 3.

установки:

При изменении частоты 1 – генератор; 2 – колебаний уровень сигнала, осциллограф;

поступающий на вход А, 3 – высокочастотное остается неизменным.

сопротивление Уровень сигнала на входе В обратно пропорционален частоте, так как нагрузка тем более ослабляет сигнал, чем выше частота.

1 Подключить высокочастотную нагрузку, как показано на схеме.

2 Выставить на входе осциллографа чувствительность 0,5 В/мм.

3 Выставить на шкале генератора частоту 100 кГц и U, В синхронизировать осциллограф. По шкале осциллографа определить напряжение, пос-тупаемое с нагрузки. Результаты занести в таблицу.

Далее выставляя по шкале генератора частоты КГц, 1 МГц, 1,5 МГц, 2,0 МГц, f, МГц 2,5 МГц, 3,0 МГц и Рис. 7 АЧХ синхронизируя на этих высокочастотной частотах осциллограф, нагрузки получить зависимость падения напряжения на ВЧ – нагрузке от частоты.

5 Построить график зависимости уровня сигнала от частоты (рис. 7).

Содержание отчета 1 Формулировка цели и задачи работы.

2 Краткое описание принципа действия и области применения высокочастотных нагрузок.

3 Описание и схема установки для определения частотных свойств нагрузки.

4 Таблица и график зависимости уровня сигнала от частоты.

Выводы по работе.

Контрольные вопросы 1 Применение высокочастотных нагрузок.

2 Чем обусловлена неравномерность АЧХ высокочастотной нагрузки 3 Почему кривая АЧХ имеет плавный спад Литература: [1, с. 5 – 5].

Лабораторная работа ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ЧАСТОТЫ НА СДВИГ ФАЗЫ СИГНАЛА В УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ЛИНИЯХ ЗАДЕРЖКИ Цель работы: ознакомиться с пьезоэлектрическими устройствами на примере ультразвуковых линий задержки УЛЗ 64-5 и УЛЗ 64-8.

Приборы и принадлежности: ультразвуковые линии задержки УЛЗ 64-5 и УЛЗ 64-8, микроскоп, двулучевой осциллограф, генератор высокочастотных колебаний.

Пьезокерамические материалы представляют собой неорганические диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью (до 200). Для них характерна зависимость ДП от напряженности электрического поля и наличие резко выраженного максимума в зависимости ДП от температуры.

Такие диэлектрики обладают спонтанной поляризацией и относятся к сегнетоэлектрикам. Наиболее распространенным пьезокерамическим материалом является титанат бария ВаТiO3. Под воздействием внешнего электрического поля в керамике титаната бария происходит переориентация поляризации в доменах. Это приводит к появлению общей результирующей поляризации, которая сохраняется в керамике после прекращения воздействия. Керамика приобретает пьезоэлектрические свойства (от слова pieso – давление).





Механическое сжатие пьезокерамики приводит к возникновению на поверхности свободных зарядов, что сопровождается возникновением разности потенциалов. Если на поверхность кристалла нанести электроды и замкнуть цепь, то можно получить ток и таким образом превратить механическую энергию в электрическую. При растяжении пьезокерамики заряды на поверхностях будут противоположны по знаку тем, которые были при сжатии.

При приложении к пьезокерамике извне разности потенциалов из-за индуцированной поляризации размеры пьезокерамики будут увеличиваться при увеличении поляризации и уменьшаться при ее уменьшении, то есть получается преобразование электрической энергии в механическую. Это используется в ультразвуковых линиях задержки (УЛЗ).

Скорость распространения звуковых волн на 5-6 порядков меньше, чем электромагнитных. Поэтому отрезок, который пробегает звуковой импульс за определенное время, во столько же раз меньше пути, пройденного электромагнитным 2 импульсом. В превращении электрического импульса в ультразвуковой и затем непосредственно обратно 3 в электрический, заключается возможность задержки L электрического сигнала на коротком отрезке.

Подлежащий задержке электрический импульс от генератора 1 (рис. 8) подводится к первому преобразователю Рис. 8 Схема УЛЗ: 1 – источник и преобразуется в звуковой импульс, пробегающий со сигнала;

скоростью звука Сзв отрезок линии L. В конце линии с помощью второго преобразователя он снова преобразуется в электрический сигнал и усиливается усилителем 3, имеющим высокое входное сопротивление (не менее 1 МОм).

Пьезоэлектрические устройства выполняют роль линий задержки в блоках обработки цветовых сигналов в телевизорах, акустоэлектронных усилителей, фильтров, устройств акустической памяти и др.

Линии задержки УЛЗ 64-5 и УЛЗ 64-8 выполнены в виде керамической пластины с нанесенными на его края 2 пьезоэлектрическими преобразователями. Вид УЛЗ под микроскопом показан на рис. 9.

В ультразвуковых линиях задержки используется как Рис. 9 Ультразвуковая прямой, так и обратный пьезоэффект. Сигнал с частотой 1 – линия МГц подается на пьезоизлучатель, который возбуждает задержки: 1 – напыленные колебания в керамической пластине.

контакты; 2 – Эти колебания улавливаются пьезопреобразователи;

пьезопреобразователем, на выводах 3 – керамическая пластина которого возникают электрические колебания той же частоты, но с задержкой на время прохождения Рис. 10 Изображение акустической волны в кристалле.

ультразвуковых линий задержки на принципиальных схемах На принципиальных электрических схемах УЛЗ обозначаются как связанные между собой кварцевые фильтры (рис. 10).

В зависимости от частоты на экране осциллографа будет наблюдаться сдвиг фазы задержанного сигнала.

Порядок выполнения работы 1 Изучить устройство и принцип работы лабораторной установки для определения параметров УЛЗ (рис. 11).

2 Подключить генератор высокой частоты ко входу осциллографа.

1 2 3 Подключить к выходу генератора вход ультразвуковой линии задержки, а ее выход подключить ко входу осциллографа.

4 Выставить чувствительность на входе 1 равной 0,В/см, а на входе 2 – 0,01 В/см.

5 Включить генератор ВЧ и осциллограф.

6 Выставить по шкале генератора частоту 500 кГц и синхронизировать осциллограф.

Рис. 11 Лабораторная 7 Плавно увеличивая частоту и одновременно установка:

синхронизируя осциллограф, определить сдвиг фаз сигналов.

8 Результаты занести в табл. 3.

3 Зависимость угла сдвига фазы от частоты сигнала Частота, МГц Угол сдвига фазы, рад.

Содержание отчета 1 Название, цель работы, приборы и принадлежности.

2 Краткое описание принципа работы УЛЗ.

3 Порядок выполнения работы.

4 Рисунок установки.

5 Рисунок ультразвуковой линии задержки.

6 Таблица зависимости сдвига фазы сигнала от частоты.

Контрольные вопросы 1 Составные части пьезоэлектрических устройств функциональной электроники.

2 Применение пьезоэлектрических устройств функциональной электроники.

3 Принцип работы ультразвуковых линий задержки.

Литература: [3, с. 33 – 37].

Лабораторная работа ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРНЫХ ФАКТОРОВ НА ЧАСТОТНУЮ ХАРАКТЕРИСТИКУ КВАРЦЕВОГО НИЗКОЧАСТОТНОГО РЕЗОНАТОРА Цель работы: ознакомиться с устройством и технологией изготовления кварцевых резонаторов и получить их амплитудо-частотную характеристику.

Приборы и материалы: осциллограф, кварцевые резонаторы, генератор низкой частоты.

Кварцевые резонаторы – устройства, использующие пьезоэлектрический эффект для возбуждения электрических колебаний заданной частоты. При совпадении частоты приложенного напряжения с одной из собственных механических частот кварцевого вибратора в приборе возникает явление резонанса, приводящее к резкому увеличению амплитуды. Обладая среди резонаторов самой высокой добротностью Q ~ 105 – 107 (добротность колебательного LC-контура не превышает 102, пьезокерамики –103), кварцевые резонаторы имеют также высокую температурную стабильность и низкую долговременную нестабильность частоты (10-6 – 10-8). Кварцевые резонаторы применяются в генераторах опорных частот, в управляемых по частоте генераторах, селективных устройствах: фильтрах, частотных дискриминаторах и т.д.

Резонаторы для низкочастотной радиоаппаратуры имеют 3 вид, представленный на рис. 12.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.