4. Как формулируется второй закон Кирхгофа?

5. В каких случаях можно использовать метод наложения для расчета электрических цепей?

1. Трофимова Т. И. Курс физики. - М: "Высшая школа", 1998.

2. Савельев И. В. Курс физики. Т. 2 - М: "Наука", 1989.

Определение температурной зависимости сопротивления металлов и полупроводников. Лабораторная работа 2 – Цель работы:

металлов и полупроводников, вычислить температурный коэффициент сопротивления металлов и принадлежности:

в пробирке, реохорд, магазин сопротивлений, гальванометр, соединительные провода.

I. Сопротивление проводников при нагревании увеличивается по закону где R0 – сопротивление проводника при 0С, R – сопротивление при tС, – температурный коэффициент сопротивления (ТКС) Температурный коэффициент сопротивления металлов – это число, которое показывает, на сколько изменяется каждая единица сопротивления проводника при изменении температуры на 1С (от 0С).

Если при температурах t1 и t2 измерить сопротивление проводника R1 и R2, то можно определить температурный коэффициент сопротивления, не прибегая к измерению сопротивления R0, которое при отсутствии льда или снега не всегда выполнимо.

Действительно, из выражений R1 R0 1 t1 и R2 R0 1 t 2, после деления одного на другое можно получить выражение для определения ТКС:

полупроводников при нагревании уменьшается; изменение сопротивления полупроводников при изменении температуры происходит по нелинейному закону. При изменении температуры полупроводника на 1С, относительное изменение его сопротивления R/R различно в разных температурных интервалах.

Зависимость термического коэффициента сопротивления полупроводников от температуры приводит к необходимости снимать графики зависимости их сопротивлений от температуры.

Сопротивление полупроводникового образца где – удельная электропроводность полупроводника.

здесь – электропроводность при абсолютной температуре Т, 0 – постоянный коэффициент, соответствующий электропроводности полупроводника при Т =, W – ширина запрещенной зоны, k – постоянная Больцмана.

Для двух сопротивлений R1 и R2, измеренных при температурах Т1 и Т2, соответственно имеем:

Логарифмируя, получим:

Отсюда ширина запрещенной зоны полупроводника:

III. Одним из наиболее точных методов измерения сопротивлений является мостовой метод. Схема моста Уитстона изображена на рис. Rм – магазин сопротивлений;

Rх – неизвестное сопротивление;

Г – гальванометр;

1 и 2 – «плечи» реохорда.

сопротивлений его участков прямо пропорциональны их длинам.

Изменяя положение ползунка реохорда, добиваются того, чтобы ток в гальванометре стал равен нулю (мост сбалансирован). Тогда по законам Кирхгофа Разделив последние два уравнения (11) друг на друга почленно, получим:

Принимая во внимание (10), имеем:

1. Соберите цепь электрического моста Уитстона.

2. Опустите пробирки с измеряемыми образцами в сосуд с холодной 3. Измерьте начальную температуру и сопротивление образцов.

4. Поставьте сосуд с водой на электроплитку и включите ее.

5. Для медной катушки произведите не менее 5 замеров сопротивлений при различных температурах.

6. Для термистора замеры производите через 10С.

7. Результаты измерений занесите в таблицы.

Металлический образец.

Таблица R, Ом Полупроводниковый образец Таблица R, Ом 8. Для металлического образца постройте график зависимости R(Т).

значением. Определите относительную погрешность измерения.

10. Для полупроводникового образца определите ширину запрещенной зоны W в Дж и эВ. Для расчета возьмите значения R при крайних 11. Постройте график зависимости R(Т) и сравните с соответствующим графиком для металла.

2. Как зависит сопротивление металлов и полупроводников от температуры? Поясните природу этой зависимости.

3. Изобразите примерные графики зависимости сопротивлений от температуры для чистых металлов и чистых полупроводников.

4. Теория моста Уитстона.

1. Трофимова Т. И. Курс физики. - М: "Высшая школа", 1998.

2. Савельев И. В. Курс физики. Т. 3. - М: "Наука", 1989.

Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли с помощью тангенс-буссоли. Лабораторная работа 2 – Приборы и принадлежности:

Измерение напряженности магнитного поля Земли имеет очень важное значение в навигации, при разведке магнитных руд и в других случаях. В данной работе дается один из методов определения горизонтальной составляющей напряженности земного магнетизма.

Если в плоскости магнитного меридиана, т.е. в плоскости, проходящей через северный и южный магнитные полюсы Земли, расположить круговой проводник и в центре его поместить магнитную стрелку, то при пропускании электрического тока по этому проводнику магнитная стрелка будет отклоняться от магнитного меридиана на некоторый угол (рис. 1), величина которого зависит от силы тока, протекающего по проводнику.

При вышеуказанном расположении кругового контура на магнитную напряженности магнитного поля Земли Н3, магнитное поле тока Н, направленное перпендикулярно к плоскости витка. Напряженность магнитного поля кругового тока в центре круга при n витках проводника равна проводника.

Так как горизонтальная составляющая напряженности земного магнетизма в данном месте Земли для данного момента времени есть определенная постоянная величина, а напряженность Н магнитного поля тока будет тем больше, чем больше пропускаемый через круговой проводник электрический ток, то величина угла отклонения стрелки от направления магнитного меридиана тем больше, чем больше электрический ток. Под действием двух магнитных нолей стрелка устанавливается в равновесии (рис. 1). Из рис. видно, что Н=Нз tg или на основании (1) откуда сила тока где с—величина постоянная, так как Нз (в данном месте Земли), n и г (для данного прибора) постоянные. Величина с называется переводным множителем или постоянной тангенс-буссоли. Решая (4) относительно Н3, находим Пропорциональность между силой тока и tg сохраняется, если магнитное поле тока в пределах местонахождения стрелки считать однородным. Поэтому чувствительность прибора будет малой), а магнитную стрелку—как можно короче, так как формула (1) будет точной лишь для случая, когда оба полюса стрелки находятся в центре круга.

Магнитное поле Земли подобно полю однородно намагниченного шара.

Координаты магнитных полюсов: северного (в Южном полушарии) 78° с.ш. и 60° з.д. Магнитная ось наклонена относительно географической на 11° и смещена 1140 км в сторону Тихого океана. Магнитные полюсы и ось со временем изменяют свое положение.

Линии магнитного поля выходят приблизительно из центра Земли через Южное полушарие и обогнув Землю возвращается к ее центру через Северное.

Компоненты магнитного поля Земли на поверхности планеты меняются в пределах: полный вектор индукции магнитного поля В0 - от 0 до 41 мкТл.

Магнитное поле Земли претерпевает вековые вариации (в настоящее время поле уменьшается на 1% за 10 лет).

В действительности поле Земли имеет более сложную конфигурацию, чем поле однородного намагниченного шара, добавляются поля неоднородных материковых плит, магнитных аномалий верхней части земной коры (в районе Курской магнитной аномалии поля В0 достигает 200 мкТл), внеземные магнитные поля.

Разработанной количественной теории геомагнитного поля в настоящее время не существует. Предполагается, что главным источником поля являются вихревые токи в жидком ядре Земли.

Тангенс - буссоль представляет собой круговой проводник большого радиуса, состоящий из нескольких (n) витков. В центре рамки помещена тангенс - буссоль (компас), состоящий из магнитной стрелки специальной формы; чтобы избежать влияния воздушных течений, она размещена в коробке под стеклом. На одной стороне коробки со стрелкой имеется рамка с визирной нитью, на противоположной стороне - собирательная линза в оправе с призмой полного внутреннего отражения. Под визирной нитью находится арретир.

Стрелка, освобожденная от арретира, может вращаться в горизонтальной плоскости. Особенностью буссоли БШ - 1 с диоптрами являются наличие в ней градуированного лимба, прикрепленного к магнитной стрелке, а также оптического глазного диоптра, что позволяет, выполняя визирование по диоптрам, производить одновременно отсчеты азимутов по лимбу.

Лимб представляет собой алюминиевое кольцо с делениями от нуля до 360°, нанесенными через 1° по ходу часовой стрелки таким образом, что при визировании с помощью диоптров по направлению магнитного меридиана штрих лимба, видимый через лупу оптического диоптра, совпадает с волосяной нитью предметного диоптра.

В оправу оптического диоптра вмонтирована прямоугольная призма с наклеенной на нее лупой, позволяющая при визировании на предмет одновременно наблюдать часть с делениями и цифрами.

Для установки по глазу оптического диоптра, последний может перемещаться по направляющей.

Для сокращения времени, успокоение стрелки, буссоль снабжена демпфером в виде кольца из красной меди.

При пользовании буссолью необходимо раскрыть диоптры, нажать на головку арретира и повернуть ее на некоторый угол. При нажатии на головку арретир нажимает на пружину, заставляя ее конец опускаться и тянуть за собой втулку, которая освобождает магнитную стрелку, прижатую до этого к стеклу буссольной коробки, и опускает ее на острие иглы.

После такой подготовки можно производить необходимые измерения.

Для определения азимута направления на какой-либо предмет производят с помощью диоптров визирование на этот предмет и одновременно, следя за тем, чтобы нить предметного диоптра не сошла с наблюдаемого объекта, делают отсчет азимута по лимбу, используя в качестве индекса нижнюю часть волосяной нити диоптра.

Буссоль периодически требует проверки на чувствительность стрелки. С указанной целью к разарретированной стрелке подносят стальной предмет (ключ, отвертку и т.п.), отводят стрелку на 10-20 градусов и быстрым движением удаляют стальной предмет в сторону на 0,5 - 0,6 метра; затем берут отсчет с точностью до 1/4 деления лимба.

Такой прием повторяют три раза.

Если отсчеты не отличаются более чем на 15' (мин.), чувствительность стрелки достаточна.

Если разница в отсчетах больше 15' (мин.), следует проверить, не повреждено ли острие шпиля или не размагнитилась ли стрелка.

Достаточной проверкой чувствительности является повторное арретирование стрелки с отсчетом румбов, как указывалось выше.

При наблюдении сквозь линзы мы будем одновременно видеть деления шкалы в градусах, нанесенных на лимб и нить визира над ними. Оправа с линзой и призмой может перемещаться вверх и вниз для настройки линзы на отчетливое видение изображения шкалы.

Прибор при помощи одного винта укреплен на кронштейне. Крепление прибора таково, что его можно вращать в горизонтальной плоскости, чтобы его можно было установить в плоскости магнитного меридиана Земли.

На подставке прибора есть две клеммы для подвода тока в обмотку.

1. Составить электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 2. При составлении электрической цепи необходимо следить за тем, чтобы соединительные провода, в особенности идущие к тангенс-буссоли, были между собой параллельны (их следует сплести в месте).

Тангенс - буссоль необходимо установить возможно дальше от железных предметов и конструкций.

2. Тангенс - буссоль установить в плоскости магнитного меридиана. В нашем приборе это достигается поворотом прибора до такого положения, когда визир расположится на делении 180°.

3. Освободить стрелку от арретира, и если изображение шкалы нечеткое, опуская и поднимая оправу с линзой и призмой, добиться отчетливой видимости шкалы.

4. После проверки электрической цепи руководителем лабораторного занятия, включить ток и заметить силу тока I, также угол отклонения стрелки a1.

5. Изменить направление тока в цепи и снова заметить угол отклонения стрелки а2.

Отсчет двух показаний стрелки берется стой целью, чтобы исключить неточность установки кругового контура в плоскости магнитного меридиана.

Аналогичные измерения силы тока и соответствующих углов повторить 7-10 раз.

6. Измерить линейкой диаметр тангенс - буссоли и подсчитать число витков n.

Результаты измерений заносим в таблицу:

1. Построить график зависимости силы тока от tga. График должен быть прямой линией. Найти отношение силы тока соответствующему значению tga для любой точки, лежащей на этой прямой; тангенс угла наклона прямой и будет средним значением постоянной тангенс - буссоли (tga = c).

напряженности магнитного поля Земли..

3. Вычислить абсолютную погрешность по формуле погрешность измерения угла принять = 0,5.

4. Результат записать в виде:

1. Каковы элементы земного магнетизма?

2.Сформулируйте и запишите закон Био-Савара-Лапласа.

З. Что характеризуют векторы магнитной индукции и напряженности магнитного поля?

4.Почему магнитная стрелка тангенс-буссоли должна быть малых размеров?

5.Выведите формулу напряженности магнитного поля прямого тока конечных размеров и на оси кругового тока.

1. Трофимова Т. И. Курс физики. – М: «В.Ш.», 1998.

2. Савельев И. В. Курс физики. Т. 2. –М: «Наука», 1989.

Снятие вольт-амперной характеристики и определение основных параметров полупроводникового диода. Лабораторная работа 2 – Цель работы:

принадлежности:

Полупроводниковыми диодами называются структура, состоящая из электронно-дырочного перехода, и содержащая омические, невыпрямляющие контакты к p- и n-областям.

Рисунок 1 – Структура полупроводникового диода Область электронно-дырочного перехода, называемая также p-nпереходом, образована неподвижными ионами примеси: донорной в n-области и акцепторной в p-области. Поэтому область полупроводника n-типа, прилегающая к границе раздела полупроводников, заряжается положительно, тогда как область полупроводника p-типа, прилегающая к границе раздела, заряжается отрицательно. Эти неподвижные объемные заряды создают электрическое поле, направленное всегда из n-области в p- и называемое контактным. Ему соответствует некоторая разность потенциалов к, также называемая контактной. Суммарный же заряд в переходе будет равен нулю, т.е.

область p-n-перехода электрически нейтральна. За пределами этой области свойства полупроводников практически не изменяются. В равновесном состоянии (т.е. в отсутствии внешнего напряжения) через переход протекают два встречных уравновешивающих друг друга тока: ток основных носителей (диффузионный) ID, направленный из p-области в n (по направлению движения положительных зарядов, образующих ток), причиной возникновения которого является диффузия носителей из области, где их много, в область с противоположным типом проводимости, где их мало; и ток неосновных носителей (полевой или дрейфовый) IE, направленный из n-области в p и обусловленный тепловым движением носителей. Условие равновесия можно записать следующим образом: I D I E 0.

Таким образом, полупроводниковый диод содержит три области: pобласть, n-область и область объемных зарядов. Если приложить к диоду разность потенциалов от внешнего источника (смещение), то все три области по отношению к источнику будут включены последовательно. Распределение напряжения между этими областями зависит от направления смещения p-nперехода. Различают прямое и обратное смещение.

Р-n-переход считается смещенным в прямом направлении, если "плюс" источника тока присоединен к p-области, а "минус" – к n-области.

так как все большее число носителей оказывается в состоянии не только глубже проникнуть внутрь этой области, но и преодолеть поле перехода. В результате диффузионный ток стремительно растет с увеличением приложенного напряжения. Поток же неосновных носителей – дрейфовый ток – остается неизменным. Таким образом, при приложении к p-n-переходу прямого напряжения равновесие токов диффузии и дрейфа нарушается. Суммарный ток через переход становится отличным от нуля I I D I E 0, причем в этом случае будет преобладать диффузионный ток, состоящий из основных носителей заряда.

С ростом прямого напряжения резко возрастает число носителей, пересекающих переход, а, следовательно, резко возрастает ток и также резко уменьшается сопротивление p-n-перехода. Поэтому на переходе падает не все приложенное напряжение, а только небольшая его часть. Все остальное напряжение падает на сопротивлении p- и n-областей и на металлических контактах.

Если "плюс" источника присоединен к n-области, а "минус" – к p-области, то говорят, что к p-n-переходу приложено обратное напряжение, или обратное смещение. Как распределяется в этом случае внешнее напряжение между областями диода? Поскольку область объемного заряда практически полностью обеднена свободными носителями – электронами и дырками, она представляет собой область самого большого сопротивления, и, следовательно, практически все приложенное напряжение падает на области объемного заряда.

E E0 E к а, следовательно, E E0 E к. В результате увеличения поля свободные носители будут вытесняться из областей, прилегающих к p-nпереходу, т.е. область объемного заряда W становится шире. Кроме того, контактная разность потенциалов в переходе к, существовавшая в условиях создаваемого источником: к o = к + 0.

максимальное значение напряжения, называемое напряжением пробоя перехода Ui = Uпроб. Пробоем p-n-перехода называется резкое возрастание тока через переход при практически неизменном напряжении.

изменении направления включения (смещения) p-n-перехода ток может изменяться в сотни, тысячи и даже миллионы раз (от десятков и сотен миллиампер (и даже от нескольких десятков ампер) до нескольких десятков или сотен микроампер). Следовательно, можно говорить об односторонней проводимости полупроводникового диода. Это свойство используется для выпрямления переменного тока.

Рисунок 2 - Вольт-амперная характеристика выпрямительного диода и его основные электрические параметры Проведение эксперимента.

1. Собрать электрическую цепь по схеме:

Постоянное напряжение с потенциометра R1 через ограничивающее сопротивление R2 подается на исследуемый диод. Резистор R2 включается последовательно с диодом VD и определяет (ограничивает) ток через него.

Двойной переключатель (коммутатор) используется для изменения полярности включения диода: в положении 1 диод включается в прямом направлении, в положении 2 - в обратном.

2. Изучить прямую ветвь вольт-амперной характеристики диода.

Результаты занести в таблицу 1. По полученным данным построить прямую ветвь вольт-амперной характеристики.

3. Изменить направление включения диода. Изучить обратную ветвь вольт-амперной характеристики вплоть до напряжения пробоя и проследить за поведением тока при пробое. Результаты занести в таблицу 1. По полученным данным построить обратную ветвь вольт-амперной характеристики диода.

полупроводников? Пояснить с помощью энергетических диаграмм металла, полупроводника, диэлектрика.

2. В чем отличие полупроводников с электронной и дырочной электропроводностью? Какие токи протекают в полупроводниках?

3. Какова структура p-n перехода?

4. Какие процессы происходят при прямом и обратном включении p-n перехода?

5. Что такое пробой p-n перехода? Каковы виды пробоя? Как используют явление пробоя в полупроводниковых приборах?

6. Каково назначение полупроводниковых диодов?

1. Трофимова Т. И. Курс физики. – М: «В.Ш.», 1998.

2. Савельев И. В. Курс физики. Т. 2. –М: «Наука», 1989.

Изучение электронного осциллографа. Лабораторная работа 2 – принадлежности:

Назначение осциллографа. Электронный осциллограф применяется в науке и производстве для изучения быстропеременных процессов благодаря высокой чувствительности, малой инерционности и достаточно большой точности измерений.

С помощью осциллографа удобно изучать процессы в цепях переменного электроизмерительные приборы рассчитаны лишь на узкий интервал частот.

Кроме того, с помощью специальных датчиков-преобразователей можно изучать и неэлектрические процессы, наблюдая одновременно их графическое представление (зависимость от времени) на экране осциллографа.

Электронно-лучевая трубка.

осциллографа. Схематически её устройство показано на рис.1. Она состоит из стеклянной колбы 1, из которой откачен воздух до давления порядка 10-6 мм рт.ст. Внутри колбы имеется ряд электродов, выполняющих различные функции. Катод 3, подогреваемый нитью накала 2, служит источником электронов. Между катодом и первым анодом Б приложено напряжение порядка 103 В. Электроны ускоряются электрическим полем и, попадая на флуоресцирующий экран 9, вызывают его свечение в месте удара электронов.

Катод находится внутри цилиндра 4, который является управляющим электродом. В основании этого цилиндра сделано отверстие для пропускания узкого пучка электронов. Подводя отрицательный потенциал к цилиндру, можно уменьшить количество электронов, проходящих через его отверстие, а, следовательно, и яркость светящегося пятна на экране. Второй анод 6, потенциал которого выше первого анода (1,5 – 6 кВ), служит для фокусировки электронного луча. Регулируя потенциал второго анода, можно получить на экране трубки ярко светящуюся точку. Выйдя из второго анода, электронный луч проходит между парами металлических пластин 7 и 8. Если на любую пару подать напряжение, то электронный луч отклонится от своего первоначального отталкиваясь от пластины, заряженной отрицательно.

Пусть разность потенциалов между катодом и первым анодом равна U.

Работа, совершаемая силами электрического поля по перемещению электрона между катодом с потенциалом к и анодом с потенциалом а, равна:

Эта работа идёт на сообщение электрону кинетической энергии:

Из (1) следует, что электронно-лучевая трубка является практически безинерционным прибором; так как величина eU 10 16 Дж, а масса электрона мала m 10 31 кг, то скорость электрона очень велика. Поэтому электроны почти мгновенно достигают экрана. Пусть под действием приложенного к пластинам 8 напряжения U x след электронного луча на экране трубки смещается на величину x в горизонтальном направлении, а под действием напряжения U, приложенного к пластинам 7, на величину y в вертикальном направлении. Величины называются чувствительностью трубки по напряжению соответственно в направлениях x и y. Чувствительность к напряжению показывает величину отклонения луча на экране при разности потенциалов на пластинах 1В. При постоянном анодном напряжении величины I x, I y для данной лучевой трубки постоянны.

Генератор развёртки. Если переменное напряжение подать на вертикально отклоняющие пластины, то световое пятно на экране будет совершать колебания. Вследствие световой инерции экрана и способности человеческого глаза сохранять некоторое время, полученное световое восприятие, на экране будет видна неподвижная вертикальная линия (рис.2). Если на горизонтально отклоняющие пластины подать напряжение то под действием этого напряжения на экране будет равномерно перемещаться слева направо, одновременно совершая движение по вертикали (4). Результирующая траектории следа луча на экране под действием напряжений (4) и (5) будет представлять зависимость U y от времени.

Действительно, из формул (2) – (5) следует, что При постоянных I x иI y величины I x kt, I yU o постоянны, поэтому y f (t ) является синусоидой, вычерченной электронным лучом на экране трубки в определённом масштабе. Если через время, равное периоду напряжения (4), напряжение на горизонтально отклоняющих пластинках скачком падает до нуля, то светлое пятно скачком возвращается в исходное положение. Если U x снова возрастает по такому же закону, то на экране трубки вновь воспроизводится синусоида. Следовательно, для получения развёртки исследуемого напряжения во времени на горизонтально отклоняющие пластины, необходимо подать “пилообразное” напряжение (рис.3). Периоды пилообразного и исследуемого напряжений должны совпадать. Если период развёртывающего пилообразного напряжения кратен периоду исследуемого, например, больше его, то на экране получится изображение полных колебаний.

При неравенстве и некратности периодов кривая на экране будет двигаться.

Источником пилообразного напряжения является генератор развёртки, который может быть построен по разным схемам (релаксационный генератор, мультивибратор и т.д.). Частоту генератора развёртки в осциллографах можно менять в широких пределах. При ручной регулировке строго поддерживать снабжаются автоматическими устройствами для синхронизации пилообразного напряжения с исследуемым.

Блок-схема осциллографа. На рис.4 приведена блок-схема осциллографа.

Основными узлами осциллографа являются: электронно-лучевая трубка, блок питания, усилители напряжений Ux и Uy, генератор пилообразного напряжения Up и синхронизирующее устройство.

Регулировка яркости электронного луча и его фокусировка осуществляется при помощи делителя напряжений, состоящего из сопротивлений R1, R2, R3, к которым подводится высокое напряжение. Исследуемое напряжение подаётся на пластины трубки через усилитель “ ус.Y ”. На вторую пару пластин напряжение подаётся от какого-либо постороннего источника через усилитель “ ус.Y ” или от генератора развёртки. На лицевой панели осциллографа расположены все органы его управления с соответствующими надписями.

1. Ознакомиться с назначением ручек управления на лицевой панели осциллографа.

2. Включить осциллограф в сеть. Для этого надо шнур питания осциллографа соединить с сетью и тумблер включения сети на лицевой панели поставить в положение “вкл”.

3. После появления на экране светового пятна отрегулировать яркость так, чтобы пятно было хорошо видимым, но не особенно ярким.

ВНИМАНИЕ! Во избежание прогорания экрана нельзя оставлять пятно долго на одном месте и работать при возможно меньших яркостях.

4. Установить ручки “смещение X” и “смещение Y” так, чтобы светящееся пятно находилось в центре экрана. При этом положение остальных ручек управления осциллографа должно быть: род синхронизации – внутренняя, делитель 1:1, развёртка – 20 Гц, род работы – жд. Отрегулировать фокусировку так, чтобы пятно было наиболее круглым и маленьким.

Определение чувствительности горизонтально и вертикально отклоняющих пластин трубки осциллографа.

1. Открыть дверцу на задней стенке корпуса осциллографа и вынуть из гнёзд короткозамкнутые вилки, отключив тем самым усилители напряжения Ux и Uy.

2. На гнёзда, обозначенные “пластины X”, подать напряжение от трансформатора по схеме (см. рис.5). Подавать последовательно напряжения 20, 40, 60 вольт и для каждого значения напряжения измерить по координатной сетке экрана длину l светящейся линии в мм.

вычислить для трёх значений Ux и определить I x среднее.

4. Аналогично определить чувствительность вертикально отклоняющих пластин, подав напряжение на “пластины Y”.

Рис. 5. Схема подачи напряжения от трансформатора.

Определение амплитуды переменного напряжения.

1. На “вход Y” осциллографа подать напряжение от генератора звуковой частоты. Для этого “вход Y” осциллографа соединить специальным кабелем с выходом генератора, расположенным на его передней панели. Перед подключением генератора к осциллографу его следует включить в сеть. При этом должна загореться сигнальная лампа включения на передней панели генератора.

2. После прогрева генератора в течение 3-5 мин, переключатель “диапазон частот” поставить в положение “x 100”, диск шкалы установить в положение “100”, что будет соответствовать выходной частоте генератора 10 кГц.

3. Увеличивая амплитуду выходного напряжения генератора ручкой “усиление”, получить на экране синусоиду. При этом положение ручек управления осциллографом должно быть: род синхронизации – внутренняя, род работы – непрерывный, делитель – 1:1, метки – выкл.

4. Ручками “усиление”, “частота”, “развёртка”, “синхронизация” получить неподвижную синусоиду. Измерив по координатной сетке экрана, записать величину двойной амплитуды синусоиды a в мм.

5. Установить входной делитель в положение “калибр”. При этом на вход осциллографа будут подаваться напряжения от внутреннего генератора.

Ручкой “калибровка амплитуды” отрегулировать величину вертикальной линии на экране, создаваемой калибровочным сигналом, удобную для отсчёта.

Записать длину b этой линии.

6. По шкале потенциометра “калибровка амплитуды” произвести отсчёт против риски (пользоваться шкалой “эфф”, т.е. нижней) калиброванного напряжения U x. Величину амплитуды измеряемого синусоидального напряжения вычислить по формуле:

где U k - величина калибровочного сигнала в вольтах, соответствующая величине b в мм;

k - коэффициент деления входного делителя, при котором измеряется входной сигнал.

Определение длительности исследуемого сигнала.

1. На “вход Y” подать напряжение от генератора. Установить ручкой генератора “частота” частоту в пределах от 5 до 15 кГц. При этом положение ручек осциллографа должно быть: род синхронизации – внутренняя, делитель – 1:1, метки – в одном из рабочих положений.

Положение остальных ручек должно быть таким, чтобы синусоида по высоте занимала примерно половину экрана и была неподвижна. При указанном положении ручек осциллографа на синусоиде появляются калибровочные метки в виде ярких точек или чёрточек и тёмных промежутков между ними. Положение на переключателе “метки” надо выбирать таким, чтобы количество меток было максимально, но удобно для счёта.

2. Подсчитать число меток N, укладывающихся на одной полной синусоиде. Период синусоидального напряжения можно подсчитать по формуле:

где t o - цена метки в микросекундах, определяемая по положению переключателя меток.

3. Зная период колебаний, рассчитать частоту напряжений по формуле:

1. Каково назначение осциллографа?

2. Объясните, какую роль выполняет генератор развёртки?

3. Зачем необходимо синхронизирующее устройство?

4. Что такое чувствительность отклоняющих пластин к напряжению?

1. Трофимова Т. И. Курс физики. – М: «В.Ш.», 1998.

2. Савельев И. В. Курс физики. Т. 2. –М: «Наука», 1989.

Исследование и снятие характеристик полупроводникового транзистора.

принадлежности:

Транзистор – полупроводниковый трёхэлектродный прибор, широко используемый для усиления, генерирования или преобразования электрических сигналов. Он представляет собой кристалл с трёхслойной структурой n-p-n или p-n-p, помещенный в геометрический корпус с тремя выводами, каждый из которых связан с определённой областью кристалла (рис. 1). Одна из крайних областей транзистора называется базой. Таким образом, в транзисторе имеются два p-n перехода: эмиттерный (между эмиттером и базой) и коллекторный (между базой и коллектором). Наибольшее распространение получили транзисторы p-n-p типа.

Если к эмиттерному переходу приложить напряжение в проводящем (прямом) направлении, как показано на рис.2, он окажется открытым. Носители заряда (данном случае дырки), находящиеся в эмиттерной зоне, под воздействием электрического поля движутся через эмиттерный переход в базовую зону. Если напряжение к коллекторному переходу приложено в непроводящем (обратном) направлении, электроны, находящиеся в базовой зоне, не могут пройти коллекторный переход, так как сильное электрическое поле в области перехода заставляет их двигаться в обратную сторону. По той же причине дырки, находящиеся в коллекторной зоне, не могут попасть в базовую область. Однако дырки, прошедшие в базовую зону из эмиттерной, под воздействием того же электрического поля интенсивно движутся в коллекторную зону.

Рис. 2. Схема включения транзистора с общей базой.

Ширину базовой зоны делают как можно меньше, чтобы дырки проходили из эмиттерной зоны, не успевая рекомбинировать в базовой зоне. Лишь небольшая часть дырок рекомбинирует в базе с электронами. Основное количество дырок проходит в коллекторную зону через базу. Дырки, движущиеся через эмиттерный и коллекторный переходы, представляют собой соответственно эмиттерный и коллекторный токи. Отношение коллекторного тока к эмиттерному называют коэффициентом усиления триода по току:

Существуют три схемы включения транзистора: с общей базой ОБ, с общим эмиттером ОЭ, с общим коллектором ОК (рис.3).

В работе предусмотрено исследование первой схемы. Основными характеристиками транзистора, включённого по схеме с ОБ, являются входная характеристика, выражающая зависимость тока эмиттера от напряжения при постоянном напряжении коллектора (рис.4.), и выходная характеристика, показывающая зависимость тока коллектора от напряжения при постоянном токе эмиттера (рис.5.).

Рис. 4. Входная характеристика Рис. 5.Выходная характеристика 1. Собрать электрическую цепь по схеме:

2. Снять входную характеристику при фиксированных значениях напряжения коллектора ( Uк1 = 0, Uк2 = 10В). Для этого установить различные напряжения на эмиттере от 0 до 0,3 В и при каждом значении записывать показания всех приборов в таблицу (6-8 точек).

значениях тока эмиттера 3ма и 6ма. Для этого устанавливать различные значения напряжения на коллекторе (5-6 точек) при фиксированном значении тока эмиттера.

4. Результаты измерений занести в таблицу 1.

выходная 5. По данным измерений построить зависимости:

6. Определить коэффициент усиления транзистора по току.

1. Какие типы транзисторов вы знаете?

2. Что означает коэффициент усиления транзистора по току?

3. Какие схемы включения транзисторов вы знаете?

4. Где применяют транзисторы?

1. Трофимова Т. И. Курс физики. – М: «В.Ш.», 1998.

2. Савельев И. В. Курс физики. Т. 2. –М: «Наука», 1989.