Исследование полупроводниковых приборов (стр. 2 из 13)

Рис.2. Схематическое изображение электронно-лучевой трубки

Сигналы от входного устройства Y или Х поступают на генератор развертки через усилитель синхронизации. С помощью переключателя П₂ генератор развертки может быть исключен из канала X. Тогда на горизонтально отклоняющие пластины подается напряжение, пропорциональное сигналу на входе X.

Пусть осциллограф работает в режиме развертки, для которого на схеме показано положение переключателей П₁–П₃. Если на входе Y сигнал отсутствует, то линейно изменяющееся напряжение генератора развертки смещает электронный луч по экрану ЭЛТ слева направо с постоянной скоростью. При этом на экране получатся прямая. По окончании действия напряжения, генератора развертки луч возвращается в исходное положение в левой части экрана. После этого процесс повторяется. Смещение X луча по горизонтали пропорционально времени t.

Пусть на входе Y появляется напряжение u(t). Благодаря напряжению генератора развертки на экране будет наблюдаться развертка исследуемого напряжения во времени. Для получения устойчивого изображения необходимо синхронизировать напряжение генератора развертки с исследуемым сигналом. Допустим, что напряжение сигнала u(t) изменяется во времени по синусоидальному закону, период Т_С которого отличается от периода напряжения развертки Т_Р(рис.3). В этом случае по окончании периода развертки луч не вернется в исходное положение, т.к. u(t₁) не вернулось в нулевое значение. Второму периоду развертки будет соответствовать кривая 2, смещенная на экране относительно кривой 1 на величину ∆T = Т_С – Т_Р, и т.д. На экране наблюдается «бегущая синусоида».

Для получения устойчивого изображения необходимо выполнить соотношение Т_Р = nТ_С, где n – целое число.Если n = 1, то на экране наблюдается один период исследуемого сигнала; при n = 2, 3,... на экране наблюдается два, три, и т.д. периодов сигнала.

Существует три вида синхронизации: от сети; внутренняя; внешняя. Синхронизация от сети применяется в том случае, если исследуются сигналы токов и напряжений, равные или кратные частоте сети 50 Гц. Такие сигналы действуют в выпрямителях, инверторах, ведомых сетью, непосредственных преобразователях частоты и др.

При внутренней синхронизации входное устройство входа Y запускает усилитель канала синхронизации, который вырабатывает короткие импульсы с частотой исследуемого сигнала. Полученные импульсы поступают на генератор развертки, который генерирует импульсы с частотой, равной или кратной частоте сигнала. При внешней синхронизации переключатель П₅ находится в положении 2, и запуск генератора развертки производится внешним сигналом.

С помощью переключателя П₁ генератор развертки может быть исключен из канала X. Тогда на горизонтально отклоняющие пластины можно подать напряжение, пропорциональное сигналу на входе X. На входе Х отсутствует делитель напряжения, поэтому чувствительность канала не регулируется и масштаб напряжения определяется по эталонному сигналу. Например, эталонный сигнал с амплитудой 1 В отклоняется по оси х на расстояние 1,5 см, масштаб напряжения определяется отношением 1 В/1,5 см = 0,66 В/см.

Экспериментальная часть

1. Проведение измерения напряжений при помощи вертикального входа Y.

Установить род работы «

», замерить напряжение источника питания: +15 В, +27 В, +6,3 В, –6,3 В, +9 В, –9 В. При этом пользоваться разными положениями делителя напряжения на вертикальном входе. Тумблер «Усилитель Y» поставить в положение «х10». Прямая измеряемого напряжения не должна выходить за пределы экрана. Результаты измерения занести в таблицу, например, при измерении напряжения +15 В. Зарисовать осциллограммы напряжений.

Таблица 1 – Варианты измерения постоянных напряжений

Масштаб на входе Y	20 В/см	10 В/см	5 В/см
Величина отклонения, см	0,7	1,5	3,0
Величина напряжения, В	14	15	15
Относительная погрешность	6,6%	0	0

2. Проведение измерения напряжений при помощи вертикального входа Y и внешнего делителя напряжений

Установить род работы «

». Замерить те же значения напряжений, используя делитель напряжения с коэффициентом делителя К_д = 4. Результаты измерения занести в таблицу.

Делитель напряжения (рис.4.) представляет собой цепь из двух последовательно включенных резисторов. Цепь подключается к источнику напряжения. С одного из плеч снимается выходное напряжение, которое получается меньше входного, т.е. ослабляется.

Рис.4. Делитель напряжения

2.1. Измерение переменного напряжения

Установить род работы «~». Убедиться в том, что в этом положении нельзя замерить постоянное напряжение. Подключить переменное напряжение «12 В». Определить амплитуду и действующее значение переменного напряжения

. Зарисовать осциллограмму напряжения в разных масштабах генератора развертки. Определить масштаб времени. Проверить влияние рода синхронизации на изображение сигнала: « », «~», «сеть», «внутренняя», «внешняя». Сделать выводы о влиянии синхронизации на устойчивость изображения.

2.2. Измерение эталонного сигнала

На вертикальный вход подключить эталонный сигнал с гнезда «кГц». Замерить его амплитуду в масштабах 1 В/дел и 0,5 В/дел. Определить масштаб времени и период следования импульсов.

2.3. Измерение сигналов при помощи горизонтального входа

Переключатель «Развертка» поставить в положение «Х». При этом генератор развертки отключается от входа «Х» и на экране появляется точка. Подать на вход «Х» сигнал от гнезда «2 кГц». Определить масштаб по напряжению. Снять осциллограмму.

Далее при помощи делителя напряжения измерить переменное напряжение источника питания. Схема подключения приведена на рис.5.

Рис.5. Подключение делителя к источнику переменного напряжения

3. Оформление отчета.

При оформлении отчета представить таблицы измерений и осциллограммы напряжений. Сделать выводы по каждому пункту.

Контрольные вопросы

1. Как осуществляется фокусировка электронного луча на экране?

2. Как получить отклонение луча по вертикали?

3. Как измерить сигнал по входу X?

4. Для чего применяется генератор развертки?

5. Как синхронизировать сигнал, если его частота равна 150 Гц?

6. Для чего применяется внутренняя синхронизация?

7. Какой род работы необходимо установить, если должна фиксироваться нулевая линия?

8. Чем отличается внешняя синхронизация от внутренней?

9. Как расширить пределы измерения сигнала по оси Y или X?

Работа №2

Исследование выпрямительного и туннельного диодов

Цель работы

Изучение характеристик и параметров выпрямительных и туннельных диодов.

Теоретическая часть

1. Формирование электронно-дырочного перехода.

Плоскостные выпрямительные диоды основаны на плоскостном контакте слоев полупроводников с разным типом проводимости. Структура полупроводников n- и р-типа приведена на рис.1, где n-слой с электронной проводимостью, а p-слой с дырочной проводимостью.

Рис.1. Структура полупроводников с электронной и дырочной проводимостью

При соединении слоев происходит диффузия электронов из n-слоя в p-слой. Принимается условие, что концентрация электронов в n-слое больше концентрации дырок в p-слое. После диффузии электронов у границы n-слоя остается неподвижный положительный заряд ионов примеси (донора). В p-слое электроны рекомбинируют с дырками, в результате чего у границы p-слоя возникает неподвижный отрицательный заряд ионов примеси (акцептора). Область неподвижных зарядов ионов примеси в основном составляет p-n-переход (рис.2).

Переход получается в единой пластине полупроводника, в которой получена резкая граница между слоями n и р. Резкость границы играет основную роль для образования p-n-перехода, т.к. плавный переход не обладает вентильными свойствами, на которых основана работа диодов и транзисторов.

Граница между слоями является резкой, если выполняется неравенство:

, (1)

где

– градиент концентрации примеси на границе перехода,

l_i – глубина проникновения электрического поля в кристалл,

n_i – собственная концентрация электронов.

Например, для значений n_i = 10¹³ зар/см3 и l_i = 1,5 мкм условие (1) выполняется при

зар/см⁴. Согласно условию (1) концентрация примеси в переходе должна существенно изменяться на отрезке, меньшем l_i. Переходы, в которых наблюдается скачкообразное изменение концентрации на границе слоев , называются ступенчатыми. Ступенчатые переходы хорошо воспроизводят параметры и характеристики реальных структур и проще для анализа.