WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |
Министерство высшего и профессионального образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики ( технический университет ) Кафедра Проектирования Компьютерных Систем МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ по курсу ’’ Электроэлементы и передача данных в компьютерных сетях ’’ Санкт - Петербург 2002 г.

2 Составители : канд. техн. наук, доцент Ю. А. Гатчин канд. техн. наук, доцент Н. С. Кармановский Рецензент : И. Б. Бондаренко 2 3 ВВЕДЕНИЕ Руководство предназначено для студентов специальности 2205 ’’Конструирование и технология электронных вычислительных средств’’ и составлено в соответствии с программой курса ’’Электроэлементы ЭВС’’. Оно содержит краткие теоретические сведения, необходимые для правильного понимания физической сущности исследуемого явления и предназначено для оказания помощи студентам в подготовке к лабораторным занятиям и при оформлении отчетов по выполненным работам.

После выполнения каждой лабораторной работы студент представляет индивидуальный отчет, выполненный в соответствии с ’’Методическими указаниями по оформлению отчетов лабораторных работ’’, который должен содержать:

- цель и задачи лабораторной работы, - краткие сведения по теории, - таблицы и графики расчетных и экспериментальных данных, - выводы и заключения по работе.

Каждая лабораторная работа расчитана на 2 часа. Для более глубокого усвоения материала и методики исследования студентам рекомендуется пользоваться литературой, указанной в программе курса ’’Электроэлементы ЭВС’’. К выполнению последующих лабораторных работ студенты допускаются только после сдачи и защиты отчета по предыдущей работе.

Для выполнения лабораторных работ каждая студенческая группа делится на бригады. К выполнению работ допускаются студенты, изучившие ’’Правила по технике безопасности в лабораториях кафедры ПКС’’.

3 4 РАБОТА № 1 Исследование зависимости емкости конденсаторов постоянной емкости от температуры и определение температурного коэффициента емкости (ТКЕ) Цель работы - исследование зависимости емкости конденсаторов с различными диэлектриками от температуры и определение (ТКЕ) этих конденсаторов.

Одним из важнейших факторов, характеризующих внешние воздействия на электрические конденсаторы, является температура окружающей среды.

Температурная зависимость емкости конденсаторов характеризуется величиной температурного коэффициента емкости ( ТКЕ ) :

1 dC =.

с С dt Если зависимость емкости от температуры носит линейный характер, то величину ТКЕ можно вычислить по формуле :

С2 - СС =, С1(t - t1) где С - температурный коэффициент емкости, град-1;

C1 - емкость при комнатной температуре t1 ;

С2 - емкость при измененной температуре t2.

При нелинейной зависимости емкости от температуры указанная формула дает только среднее значение ТКЕ.

Характер зависимости емкости конденсатора от температуры обычно определяется температурной зависимостью диэлектрической проницаемости применяемого в конденсаторе диэлектрика.

Кроме того, зависимость емкости от температуры обуславливается особенностями конструкции конденсатора и изменением его размеров при нагревании. Температурное расширение обкладок приводит к увеличению емкости, а увеличение толщины диэлектрика - к ее уменьшению.

В плоскости конденсатора с обкладками в виде квадрата со стороной l емкость равняется :

lС = 0,0884, d где С - емкость конденсатора, nФ;

- диэлектрическая проницаемость;

d - толщина диэлектрика, мм ;

l - линейный размер, мм.

Дифференцируя это выражение по температуре, получим dC l2 d dl l2 dd = 0,0884 ( + 2l - ).

dt d dt d dt dt dРазделив левую и правую части на выражение для емкости, имеем :

1 dC 1 d 2 dl 1 dd = + -, С dt dt l dt d dt или С = + 2M -, d Примечание:

где - температурный коэффициент диэлектрической проницаемости;

M - коэффициент линейного расширения металлических обкладок;

d - коэффициент линейного расширения диэлектрика.

Если конденсатор изготовлен способом металлизации диэлектрика, то расширение обкладок будет определяться не расширением металла, а расширением диэлектрика. В этом случае можно считать, что и формула принимает вид : С = +.

d Описание лабораторной установки Исследованию подвергаются различные типы конденсаторов постоянной емкости, укрепленные в термостате. Выводы от каждого конденсатора подведены к переключателю, позволяющему производить поочередно подключение конденсаторов к измерительному прибору. Измерение емкости конденсаторов производится с помощью универсального измерительного моста типа Е7-4. К одному плечу моста подключена измеряемая емкость, величина которой уровновешивается переменной емкостью. При совпадении подстроенной емкости с измеряемой наступает резонанс токов, наблюдаемый по положению стрелки микроамперметра прибора Е7-4 ( при резонансе токи компенсируются и стрелка приближается к нулю).

Подготовка прибора к работе 1. Подключить шнур питания к сети.

2. Включить прибор тумблером “СЕТЬ”.

3. Ручку “Чувствительность” установить в крайнее правое положение.

4. Через 15 минут после включения прибора можно приступить к измерениям.

Измерение емкости прибором Е7-1. Подключить провода от переключателя к клеммам “ R – C – L ”. Установить переключатель “Вид измерения” в положение “ С ”.

2. Установить переключатель “ Q – tg” в положение “ tg”.

3. Ручкой установить величину Фазы в нулевое положение.



4. Установить переключатель диапазонов измерений в положение, близкое к номинальному значению.

5. Переключателем “Пределы” найти положение, при котором стрелка прибора дает минимальное показание по модулю.

6. Ручками, объединенными надписью “ Множитель ”, добиться наименьшего по модулю показания на микроамперметре.

7. Произвести отсчет измеряемой величины емкости. Она равна сумме отсчетов по шкалам “Множитель” (десятые и сотые с тысячными доли), умноженной на соответствующий множитель предела измерений. Порядок формирования измеренной величины указана на панели моста.

Примечание: При измерениях на частоте 100 Гц отсчет емкости дополнительно должен быть умножен на 10 (загорается предупреждающий индикатор).

Порядок выполнения работы 1. Подготовить прибор к работе.

2. Записать номинал каждого конденсатора.

3. Измерить емкости конденсаторов при комнатной температуре, поочередно подсоединяя их к измерительному прибору при помощи переключателя емкостей.

4. Включить термостат.

5. Измерить емкости конденсаторов при температуре 40, 60, 80 и 100 С. Данные свести в таблицу.

6. Произвести подсчет ТКЕ. Построить графики С = f (t).

Литература Ренне В. Т. “ Электрические конденсаторы ”. Л., “ Энергия ”, 1969.

РАБОТА № Определение температурного коэффициента сопротивления (ТКС) резисторов Цель работы - исследование зависимости сопротивления резисторов от температуры и определение ТКС различных типов резисторов.

В процессе эксплуатации сопротивление резисторов может значительно изменяться за счет воздействия различных возмущающих факторов. Наиболее существенное влияние оказывает изменение температуры резистора, приводящее к изменению удельного сопротивления материала токопроводящего слоя и его геометрических размеров.

Для количественной оценки температурной стабильности сопротивления резисторов пользуются величиной температурного коэффициента ( ТКС ), который определяется как относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры окружающей среды на 10С.

1 dR R =, R dt l поскольку R = S 1 dR 1 d 1 dl 1 dS R = = + - R dt dt l dt S dt т.е. величина ТКС зависит от температурного коэффициента удельного сопротивления ) и от коэффициента линейного расширения (l ) этого токопроводящего материала ( материала.

Однако почти всегда l >>, по этому характер температурной зависимости сопротивления резисторов определяется в основном изменением удельного сопротивления материала токопроводящего слоя.

Температурный коэффициент может иметь различную величину и знак для одного и того же токопроводящего материала (например, композиции), поэтому практически представляет интерес не величина температурного коэффициента, а относительное изменение сопротивления резистора в определенном, достаточно широком интервале температур.

В связи с этим обычно определяется среднее значение ТКС для заданного интервала температур.

R1 - R сp =, R1(t1 - t ) где R1, R2 - величина резистора при температурах t1, t2.

Температурный коэффициент сопротивления резисторов, град -Углеродистые (БЛП) (5–20)10 - Бороуглеродистые (БЛП) (1,2–2,5)10 - Металлодиэлектрические (МЛТ, ТМ) (7–16)10 - Металлодиэлектрические (С2) (0,25–6)10 - - Композиционные объемные (-20 – +6)- Композиционные пленочные (10–25)Проволочные точные (0,15–1,5)10 - Проволочные общего назначения (-5 – +10)10 - Описание лабораторной установки Исследованию подвергаются различные типы резисторов постоянного сопротивления, помещенные в термостат. Переключатель позволяет производить поочередно подключение сопротивлений к измерительному прибору. Измерения производятся с помощью универсального измерительного моста типа Е7-11. К одному плечу моста подключено измеряемое сопротивление, величина которого уровновешивается переменным сопротивлением. При совпадении величин наступает резонанс токов, наблюдаемый по положению стрелки микроамперметра прибора Е7-11 ( при резонансе токи компенсируются и стрелка приближается к нулю).

Для начала измерений: подключить шнур питания к сети, включить прибор тумблером “СЕТЬ”, ручку “Чувствительность” установить в крайнее правое положение, через 15 минут после включения прибора можно приступить к измерениям.

Измерение сопротивлений прибором Е7-1. Подключить провода от переключателя к клеммам “ R – C – L ”. Установить переключатель “Вид измерения” в положение “ R~ ”.

2. Установить переключатель диапазонов измерений в положение, близкое к номинальному значению.

3. Переключателем “Пределы” найти положение, при котором стрелка прибора дает минимальное показание по модулю.

4. Ручками, объединенными надписью “ Множитель ”, добиться наименьшего по модулю показания на микроамперметре.

5. Произвести отсчет измеряемой величины. Она равна сумме отсчетов по шкалам “Множитель” (десятые и сотые с тысячными доли), умноженной на соответствующий множитель предела измерений. Порядок формирования измеренной величины указана на панели моста.

Порядок выполнения работы 1. Записать номинал каждого резистора.

2. Замерить сопротивление резисторов при комнатной температуре.

3. Включить термостат. Произвести замер сопротивлений всех резисторов при температуре 40, 60, 80, 100 0C.

4. Произвести подсчет ТКС и сравнить его с теоретически возможным. Построить графики R = f (t).

Литература 1. Волгов В. А. “ Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры ”. М. Энергия, 1967.





2. Мартюшев К. И., Тихонов А. И., Зайцев Ю. В. “ Прецизионные непроволочные резисторы ”. М. Энергия, 1979.

РАБОТА № Исследование светоизлучающего диода Цель работы - ознакомление с принципом работы и методами экспериментального исследования светоизлучающих диодов; определение основных параметров и характеристик в различных режимах работы светоизлучающих диодов.

Светоизлучающий диод (СИД) - полупроводниковый оптоэлектронный прибор с одним p - n переходом, преобразующий электрическую энергию в энергию некогерентного светового излучения. СИД является перспективным источником излучения, используемым в оптоэлектронике, и характеризуется малыми габаритами и массой, большим сроком -службы, высоким быстродействием (длительность включения 10 - 10 -7 с), низкими управляющими напряжениями (1,6-2,5 В), малой потребляемой мощностью (20 - 600 мВт).

СИД представляет собой гомогенный или гетерогенный р-n переход (Рис. 1).

При смещении р-n перехода внешним источником питания в прямом направлении имеет место инжекция неосновных носителей заряда (электронов) эмиттером n типа в базу р типа.

Рекомбинация неосновных носителей (электронов) с основными носителями (дырками) в базе сопровождается излучением квантов света. Такое явление носит название инжекционной электролюминесценции.

Спектральная характеристика СИД имеет ярко выраженный максимум MAX.

Величина MAX определяется разностью энергетических уровней возбужденного и невозбужденного состояний электронов и для случая собственного проводника определяется шириной запрещенной зоны. Связь длины волны излучения (, мкм) с шириной запрещенной зоны полупроводника (Еg, эВ) определяется соотношением :

1,MAX = Eg Для получения видимого излучения ( = 0,4-0,78 мкм) требуются полупроводники с широкой запрещенной зоной, превышающей 1,72 эВ.

СИД для видимого и ближнего инфракрасного излучения изготавливают из монокристаллов карбида кремния SiC, фосфида галлия GaP, арсенида галлия GaAs и более сложных соединений типа GaAs1 - xPx, Ga 1 - xAl xAs, где х - доля содержания того или другого элемента в соединении. Изменение цвета свечения достигается также легированием полупроводника различными примесями (Zn, Au и др.).

Качество СИД характеризуется внешним квантовым выходом :

= э o n m, где - коэффициент инжекции, э - внутренний квантовый выход - отношение числа излученных квантов к числу инжектированных электронов, o n m - оптическая эффективность - доля генерированных квантов света, выведенных за пределы полупроводника.

Для большинства промышленно выпускаемых СИД величина лежит в пределах от 0,5 до 5 %.Трудности вывода излучения из полупроводника обусловлены интенсивным поглощением света областью эмиттера, а также отражением света на границе полупроводник-воздух при больших значениях показателя преломления, свойственных полупроводникам (для GaAs n = 3,6).

На рис. 2 показаны две конструкции СИД.

Плоская конструкция (рис.2 а) наиболее простая, однако за счет полного внутреннего отражения часть излучения теряется в объеме полупроводника.

Сферическая конструкция (рис.2 б) позволяет получить максимальное значение внешнего квантового выхода, но практически ее реализация сложнее.

Вольтамперная характеристика СИД аналогична ВАХ кремниего диода и определяется выражением :

qu I = I0 exp, nkT где I0 и n - постоянные, u - напряжение, k - постоянная Больцмана, q - заряд электрона, T - температура.

Высвечивание СИД происходит только на прямой ветви ВАХ.

Важнейшей характеристикой СИД является зависимость яркости высвечивания от величины протекающего тока. Особенностью светоизлучающего диода является линейность яркостной характеристики в широком диапазоне изменения токов, которая описывается выражением :

L = L0 (I - I* ), где L0 и I* - постоянные, Величина I* лежит в пределах 0,1 - 2,5 мА.

Конструкция СИД определяет диаграмму направленности светоизлучающего диода.

Светоизлучающие диоды, используемые в качестве индикаторов, имеют широкую диаграмму направленности и сравнительно малые яркости свечения. СИД, применяемые в составе оптронных пар, имеют узкую диаграмму направленности и должны создавать повышенные яркости свечения.

Описание лабораторной установки Для исследования светоизлучающего диода используется установка, схема которой приведена на рис. 3.

Питание СИД (VD1) осуществляется от источника постоянного напряжения 9 В.

Потенциометры R1, R2, резистор R3, транзисторы VT1, VT2 предназначены для регулировки тока, протекающего через СИД.

Яркость высвечивания СИД определяется косвенным способом по величине засветки фотодиода VD2. Фотодиод работает в фотогальваническом режиме (без внешнего источника питания). Особенностью фотодиода как приемника оптического излучения является практически линейная зависимость фототока Iф g от яркости светового потока L, воздействующего на прибор. Таким образом, яркость свечения СИД оказывается прямо пропорциональной току в цепи фотодиода.

Для снятия диаграммы направленности СИД установка позволяет изменять положение фотодиода относительно СИД в пределах 900 от направления максимума яркости высвечивания.

Порядок выполнения работы 1. Снять прямую ветвь вольтамперной характеристики СИД. С этой целью изменять величину тока, протекающего через СИД, в пределах от 0 до 15 мА через 1 мА. Для каждого значения тока определить величину напряжения на СИД.

Pages:     || 2 | 3 |










© 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.