Главная страница

Физическая электроника и электронные приборы fi... Федерации Ивановский государственный химико-технологический университет В. И. Светцов, И. В. Холодков Физическая электроника и электронные приборы Лабораторный практикум Иваново 2012


Скачать 7.35 Mb.
НазваниеФедерации Ивановский государственный химико-технологический университет В. И. Светцов, И. В. Холодков Физическая электроника и электронные приборы Лабораторный практикум Иваново 2012
АнкорФизическая электроника и электронные приборы fi.
Дата27.02.2018
Размер7.35 Mb.
Формат файлаdoc
Имя файлаФизическая электроника и электронные приборы fi...doc
ТипПрактикум
#38015
страница1 из 20
Каталогid13498813

С этим файлом связано 3 файл(ов). Среди них: Базы данных.doc, Презент.абс2.pptx.pptx, Физическая электроника и электронные приборы fi...doc.
Показать все связанные файлы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20


Министерство образования и науки Российской Федерации
Ивановский государственный химико-технологический университет

В. И. Светцов, И. В. Холодков

Физическая электроника
и электронные приборы

Лабораторный практикум



Иваново 2012
УДК 621.3
Светцов, В.И. Физическая электроника и электронные приборы: лабораторный практикум/ В.И. Светцов, И.В. Холодков,: Иван. гос. хим.-технол. ун-т. – Иваново, 2012. – 206 с. – ISBN 978-5-9616-0437-5.
Лабораторный практикум предназначен для студентов, обучающихся по направлению 210100 – "Электроника и микроэлектроника" и специальности 240306 – "Химическая технология монокристаллов, материалов и изделий электронной техники", изучающих дисциплины "Физическая электроника и электронные приборы", "Вакуумная и плазменная электроника", "Квантовая и оптическая электроника", "Твердотельная электроника", "Микроэлектроника".

Сборник содержит описания к 26 лабораторным работам по всем модулям указанных выше дисциплин.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Ивановского государственного химико-технологического университета.
Рецензенты:

кафедра экспериментальной и технической физики Ивановского государственного университета; доктор технических наук В.К. Семенов (Ивановский государственный энергетический университет).

ISBN 978-5-9616-0437-5  Светцов В. И.,

Холодков И. В., 2012

 Ивановский государственный химико-технологический университет, 2012




ВВЕДЕНИЕ

1. Цели и принципы построения лабораторного практикума

Лабораторный практикум предназначен для студентов, обучающихся по направлению 210100 – "Электроника и микроэлектроника" и специальности 240306 – "Химическая технология монокристаллов, материалов и изделий электронной техники", изучающих дисциплины "Физическая электроника и электронные приборы", "Вакуумная и плазменная электроника", "Квантовая и оптическая электроника", "Твердотельная электроника", "Микроэлектроника".

Сборник содержит описания к 26 лабораторным работам по всем модулям указанных выше дисциплин.

Лабораторный практикум состоит из трех основных разделов:

1. Движение электронов в вакууме и в газах. Вакуумные и газоразрядные приборы.

2. Твердотельная электроника и микроэлектроника.

3. Квантовая и оптическая электроника.

Описание к каждой лабораторной работе начинается кратким теоретическим введением, содержащим материал, необходимый для понимания и сознательного выполнения работы. В лабораторном практикуме сознательно опущены многие детали проведения эксперимента (число точек на экспериментальных кривых, значения измеряемых величин, конкретные типы измерительных приборов и т.д.). Это позволит студенту лучше проявить свои творческие возможности, самому спланировать ход эксперимента, количество необходимых данных для выполнения задания и т.д. Ряд лабораторных работ могут быть выполнены на уровне исследования.

2. Порядок прохождения лабораторного практикума

Лабораторный практикум выполняется в соответствии с графиком и календарным планом, составляемым на каждый учебный год с учетом числа часов, предусмотренных в рабочем учебном плане. Каждая лабораторная работа выполняется, как правило, индивидуально. Допускается выполнение отдельных лабораторных работ бригадами в составе не более двух студентов.

На первом, вводном занятии до студентов доводится содержание и календарный план проведения практикума, проводится инструктаж по технике безопасности при выполнении работ с оформлением в соответствующем журнале. На этом же занятии преподаватель выдает задания по лабораторным работам первого раздела.

Лабораторные работы выполняются в соответствии с разделами, указанными выше. По завершении каждого раздела проводится итоговое занятие, на котором обсуждаются результаты его выполнения и выдаются задания по работам следующего раздела. Итоговое занятие по последнему разделу завершает лабораторный практикум в целом.

Перед каждой лабораторной работой студент сдаёт краткий коллоквиум, отражающий уровень предварительной подготовки к вы­полнению работы. Коллоквиум проводится в виде устного собеседования с преподавателем или путем тестирования на ПЭВМ.

В процессе выполнения работы студент:

  • изучает по литературным данным параметры и характеристи­ки исследуемого прибора или макета, обращая особое внимание на предельно эксплуатационные параметры;

  • составляет план проведения эксперимента, оценивает интервал изменения измеряемых величин, выбирает количество характеристик, подлежащих измерению и число точек на кривых, обращая особое внимание на возможные немонотонности в их ходе, согласует план работы с преподавателем;

  • изучает экспериментальную установку, собирает (если нуж­но) измерительную схему, знакомится с правилами эксплуатации всех её элементов и электрорадиоизмерительных приборов;

  • готовит установку к работе и проверяет правильность подготовки у преподавателя или дежурного инженера;

  • включает нужные приборы и выполняет запланированный объ­ем измерений, обращая внимание на воспроизводимость результатов. Все экспериментальные данные и показания приборов заносятся в рабочий журнал без каких-либо пересчетов или преобразований в уме;

  • проводит предварительную обработку результатов экспери­мента и сравнивает их с ожидаемыми. Предъявляет полученные данные преподавателю или дежурному инженеру;

  • выключает установку и сдает ее дежурному инженеру.

Все данные, полученные в ходе работы, записываются в рабочий лабораторный журнал. Рабочий журнал по лабораторному практикуму ведется в отдельной тетради. По каждой лабораторной работе в журнал заносятся:

  • название работы;

  • задание на выполнение работы;

  • план работы;

  • схема установки;

  • первичные экспериментальные данные в виде таблиц без каких-либо пересчетов или преобразований;

  • результаты предварительной обработки данных в объеме, необходимом для определения их полноты и надежности.

По окончании работы лабораторный журнал подписывается преподавателем.

3. Правила и приемы безопасной работы в лаборатории электроники

Студенты допускаются к работе в лаборатории после инструктажа по технике безопасности, проводимого преподавателем на вводном занятии.

Основными источниками опасности при работе в лаборатории электроники являются электроустановки и электроприборы, места электрических соединений и контактные клеммы под напряжением свыше 42 В. Электроустановки с напряжением свыше 42 В должны быть заземлены на общую шину в соответствии с правилами ПЭЭП и ПТБ. Воздействие тока, величина которого превышает 0,1 А, может оказаться смертельным. Меньшие токи могут приводить к травмам в виде электрических ожогов, электрических знаков, электрометаллизации кожи.

Перед началом работы необходимо:

  • изучить экспериментальную установку, ознакомиться с методикой выполнения работы;

  • проверить исправность электро- и радиоизмерительных приборов, обращая особое внимание на целостность электрошнуров, наличие заземления, целостность корпусов вилок и розеток;

  • при использовании сложных электро- и радиоизмерительных приборов ознакомиться с инструкцией по их эксплуатации и придерживаться ее при включении приборов;

  • убедиться, что регуляторы выходных напряжений приборов установлены на минимальные значения (обычно крайне левое положение ручки потенциометра);

  • установить ручки регулировки пределов измерения на приборах в положение, соответствующее самому грубому пределу.

В процессе выполнения работы необходимо:

  • строго выполнять правила техники безопасности и инструкции по эксплуатации приборов и отдельных узлов установок;

  • при работе на электрооборудовании в случае временного прекращения подачи электроэнергии или при обнаружении искрения в розетках или местах соединений проводов, постороннего запаха, дыма немедленно отключить прибор и сообщить о случившемся преподавателю или дежурному инженеру;

  • не допускать контакта токопроводящих элементов установок с нагретыми поверхностями;

  • не оставлять работающую установку без присмотра.

По окончании работы следует:

4. Правила оформления и представления отчета

По итогам каждой лабораторной работы оформляется отчет, который сдается преподавателю на следующем после выполнения данной работы занятии.

Отчет должен включать:

  • краткое теоретическое введение, отражающее устройство, принцип действия и назначение исследуемого прибора;

  • задание на выполнение работы;

  • план проведения эксперимента;

  • схему установки и ее краткое описание;

  • результаты и их обсуждение, в том числе анализ погрешности эксперимента, методику обработки результатов;

  • теоретические расчеты, анализ полученных данных и сравнение их с литературными;

  • выводы;

  • список использованной литературы.

Статистическую обработку результатов и расчеты целесообраз­но проводить на ЭВМ. Сводка правил математической обработки результатов измерений приведена в приложении.

5. Оценка выполнения лабораторных работ

По итогам каждой лабораторной работы преподаватель выставляет оценку, учитывающую предварительную подготовку, объем и качество экспериментальной части работы, глубину обсуждения результатов и качество отчета.

"Удовлетворительно" (52 – 69 баллов) выставляется при выполнении работы по стандартной схеме и удовлетворительном знании основных закономерностей изучаемого явления.

"Хорошо" (70 – 84 балла) выставляется при наличии творческого, тщательно продуманного плана работы, качественного выполнения экспериментальной части, детального анализа полученных результатов и хороших знаний изучаемого вопроса.

"Отлично" (85 – 100 баллов) требует нестандартного подхода к выполнению работы, включения в нее элементов исследования, машинной обработки результатов.

Каждая из полученных студентом оценок в конечном итоге вли­яет на итоговую оценку по предмету. Баллы, полученные при выполнении лабораторного практикума, суммируются и нормируются на максимальное число баллов, отводимое на него, в соответствии с принятой в вузе рейтинговой системой оценки учебных достижений студентов.
Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВАКУУМНОГО ДИОДА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭМИССИОННЫХ ПОСТОЯННЫХ ТЕРМОКАТОДА

Цель работы: изучение явления термоэлектронной эмиссии на примере прибора с прямонакальным вольфрамовым катодом и исследование характеристик вакуумного диода.

Теоретическое введение

Диод является простейшим электровакуумным прибором, состоящим из накаленного катода и анода, разделенных вакуумным промежутком.


Рис. 1. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) вакуумного диода

На вольт-амперной характеристике диода, приведенной на рис. 1, можно выделить два участка. В области (I) диод работает в режиме объемного заряда. При этом не все электроны, испускаемые катодом, достигают анода, т.е. эмиссионный ток далек от насыщения. Соответствующий участок ВАХ для системы плоскопараллельных электродов описывается уравнением:

Iа = G × Uа3/2, (1)

которое называется уравнением "трех вторых". Для диода с коаксиальной системой электродов

, (2)

где a – радиус анода; L – длина системы электродов;

– поправочный коэффициент, учитывающий геометрию прибора; rк – радиус катода.

Параметрами диода в режиме пространственного заряда являются крутизна характеристики

, (3)

и внутреннее сопротивление

, (4)

причем R= 1/S.

Область (III) вольт-амперной характеристики диода соответствует режиму насыщения, когда все электроны, покидающие катод, достигают анода, т.е. ток анода равен току эмиссии катода.

Экспериментальные ВАХ обычно не имеют четко выраженного участка насыщения, что связано с влиянием внешнего поля на работу выхода электронов из металла (эффект Шоттки). Уравнение ВАХ в области насыщения имеет вид:

, (5)

где E – напряженность электрического поля.

Плотность тока термоэлектронной эмиссии металлического катода в зависимости от температуры описывается уравнением Ричардсона-Дэшмана:

, (6)

где A – эмиссионная постоянная; j – работа выхода электронов из металла, Дж.

Термокатоды, используемые в электровакуумных приборах, кроме плотности эмиссионного тока характеризуются следующими параметрами:

  • эффективностью, представляющей собой отношение тока эмиссии к мощности, затрачиваемой на разогрев катода:

мА/Вт; (7)

  • долговечностью t, т.е. временем, в течение которого эмиссионные параметры катода не выходят за пределы нормируемых.

Схема установки и методика выполнения работы


Схема установки для исследования характеристик диода приведена на рис. 2. Схема позволяет изменять напряжение накала лампы от 0 до 30 В при максимальном токе нагрузки 3 А и анодное напряжение от 0 до 300 В при максимальном токе нагрузки 300 мА. В качестве прибора с прямонакальным вольфрамовым катодом используется лампа ПМИ-2 с прямонакальным вольфрамовым катодом, коллектор и сетка которой в измерительной схеме замкнуты.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20

перейти в каталог файлов
связь с админом