Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych test kompetencji zagadnienia

Transkrypt

1 Wrocław, r. Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych test kompetencji zagadnienia Podczas testu kompetencji studenci powinni wykazać się znajomością zagadnień określonych w kartach kursów oraz znajomością i opanowaniem ogólnych umiejętności pomiarowych oraz znajomością zasad BHP. Wymagane zagadnienia i umiejętności ogólne podano w punkcie 1. W ramach testu kompetencji student w ciągu 60 minut będzie musiał zrealizować jedno zagadnienie praktyczne. Zagadnienia obowiązujące na teście kompetencyjnym w roku akademickim 2016/2017 przedstawiono w punkcie 2. i Zagadnienia i umiejętności ogólne 1.1. Obsługa urządzeń pomiarowych Multimetr cyfrowy Ustawianie funkcji pomiarowej multimetru Wykonywanie pomiarów w określonym trybie pracy multimetru (woltomierz DC i AC, amperomierz DC i AC, omomierz, tester diod) Oscyloskop Obsługa ustawień kanałów Obsługa ustawień bloku podstawy czasu Obsługa ustawień bloku wyzwalania Obsługa ustawień akwizycji danych i próbkowania Wykonywanie pomiarów za pomocą kursorów oraz funkcji pomiarowych Zasilacz stabilizowany Ustawianie wartości ograniczenia prądowego Obsługa zasilacza za pośrednictwem panelu przedniego (wybór wyjścia, zadawanie wartości napięcia) Ustawianie trybu zasilania symetrycznego Generator Programowanie przebiegu sygnału (rodzaj przebiegu, amplituda, poziom wysoki i niski, składowa stała, częstotliwość, współczynnik wypełnienia) Ustawianie wyjścia wysokiej impedancji 1.2. Zasady poprawnego łączenia układów pomiarowych 1.3. Zasady poprawnej prezentacji wyników pomiarowych oraz prawidłowość i czytelność obliczeń 1.4. Tworzenie wykresów w skali lin-lin, log-lin oraz log-log 1.5. Wykonywanie pomiarów metodą techniczną oraz z wykorzystaniem zautomatyzowanego systemu pomiarowego w układzie poprawnie mierzonego napięcia (PPU) oraz poprawnie mierzonego prądu (PPI) 1.6. Zasady polaryzacji mierzonych elementów (diody półprzewodnikowe, tranzystory bipolarne, tranzystory unipolarne typu JFET i MOSFET, tyrystory)

2 2. Zagadnienia praktyczne dotyczące treści kursu LPP I 2.1. Pomiary charakterystyk elementów biernych Zmierzyć wartość rezystancji dwóch rezystorów za pomocą multimetru cyfrowego. Obliczyć wartość Imax dla zmierzonych rezystorów. Obliczyć rezystancję zastępczą dla połączenia szeregowego oraz równoległego tych rezystorów. Zmierzyć charakterystyki I-U tak połączonych rezystorów metodą techniczną i przygotować wykresy na papierze milimetrowym. Obliczyć wartości rezystancji zastępczych na podstawie zmierzonych charakterystyk Obliczyć wartość Imax dla danego rezystora oraz warystora. Zmierzyć charakterystyki I-U tych elementów z wykorzystaniem zautomatyzowanego systemu pomiarowego. Wyznaczyć metodą graficzną wypadkowe charakterystyki I-U połączenia szeregowego oraz równoległego tych elementów Na podstawie kodu paskowego odczytać wartości rezystancji, tolerancji oraz temperaturowego współczynnika rezystancji dla wybranych rezystorów. Określić szereg rezystancji EN, do którego należą te rezystory. Zaprojektować dzielnik napięcia z dostępnych elementów i obliczyć stałą tego dzielnika. Obliczyć wartość napięcia wyjściowego dzielnika (Uwy) dla napięcia wejściowego (Uwe) podanego przez prowadzącego. Skonstruować zaprojektowany dzielnik i porównać wyniki pomiarów z wynikami obliczeń Charakterystyki I-U złącza p-n Sprawdzić poprawność działania dostępnych na stanowisku diod półprzewodnikowych diodę krzemową. Zmierzyć charakterystykę I-U wybranej diody z wykorzystaniem zautomatyzowanego systemu pomiarowego (pomiar przy polaryzacji diody w kierunku przewodzenia). Na podstawie zmierzonej charakterystyki I-U wyznaczyć natężenie prądu nasycenia (Is) oraz obliczyć rezystancję szeregową (Rs) zmierzonej diody Sprawdzić poprawność działania dostępnych na stanowisku diod półprzewodnikowych diodę krzemową. Zmierzyć charakterystykę I-U wybranej diody z wykorzystaniem zautomatyzowanego systemu pomiarowego (pomiar przy polaryzacji diody w kierunku przewodzenia). Na podstawie zmierzonej charakterystyki I-U wyliczyć współczynnik doskonałości złącza (n) zmierzonej diody Sprawdzić poprawność działania dostępnych na stanowisku diod półprzewodnikowych diodę krzemową oraz germanową. Zmierzyć charakterystyki I-U wybranych diod z wykorzystaniem zautomatyzowanego systemu pomiarowego (pomiar przy polaryzacji diody w kierunku przewodzenia). Zdefiniować i obliczyć rezystancję dynamiczną mierzonych diod dla prądów IF1 = 0,5 ma oraz IF2 = 5 ma Diody Zenera. Stabilizator napięcia Zmierzyć metodą techniczną charakterystykę I-U diody stabilizacyjnej spolaryzowanej w kierunku zaporowym. Narysować zmierzoną charakterystykę na papierze milimetrowym. Określić typ przebicia w niej występujący. Obliczyć podstawowe parametry diody (I Zmax, I Zmin, U Zmax, U Zmin, r z ) Zmierzyć charakterystykę I-U diody stabilizacyjnej spolaryzowanej w kierunku zaporowym z wykorzystaniem zautomatyzowanego systemu pomiarowego. Zaprojektować stabilizator napięcia zgodnie z podanymi założeniami projektowymi. Obliczyć teoretyczną wartość współczynnika stabilizacji napięcia (k) zaprojektowanego układu. Zmontować zaprojektowany układ stabilizatora i zmierzyć rzeczywistą wartość k.

3 2.4. Diody w układach prostowniczych Zmontować zadany układ prostowniczy za pomocą dostępnej makiety. Wykonać pomiary napięć w badanym układzie zgodnie z otrzymaną tabelą pomiarową oraz obliczyć średnią oraz skuteczną wartość napięcia wyjściowego Wpływ oświetlenia na półprzewodnik oraz na złącze p-n Zmierzyć charakterystykę I-U fotoogniwa dla różnych wartości natężenia światła. Wyznaczyć podstawowe parametry fotoogniwa dla trzech wartości natężenia promieniowania oświetlającego fotoogniwo Charakterystyki statyczne tranzystora bipolarnego Sprawdzić poprawność działania dostępnych na stanowisku tranzystorów bipolarnych. Spośród tranzystora bipolarnego zostanie zadany przez prowadzącego). Zmierzyć z wykorzystaniem zautomatyzowanego systemu pomiarowego charakterystykę wejściową tego tranzystora, gdy jest on spolaryzowany w zakresie pracy aktywnej normalnej w układzie Wspólnego Emitera. Zdefiniować i obliczyć wartość parametru h 11e. Podać zakres typowych wartości tego parametru Sprawdzić poprawność działania dostępnych na stanowisku tranzystorów bipolarnych. Spośród tranzystora bipolarnego zostanie zadany przez prowadzącego). Zmierzyć z wykorzystaniem zautomatyzowanego systemu pomiarowego rodzinę charakterystyk wyjściowych tego tranzystora, gdy jest on spolaryzowany w zakresie pracy aktywnej normalnej w układzie Wspólnego Emitera. Zdefiniować i obliczyć wartości następujących parametrów: h 21e i h 22e. Podać zakres typowych wartości tych parametrów Sprawdzić poprawność działania dostępnych na stanowisku tranzystorów bipolarnych. Spośród tranzystora bipolarnego zostanie zadany przez prowadzącego). Zmierzyć metodą techniczną charakterystykę przejściową tego tranzystora, gdy jest on spolaryzowany w zakresie pracy aktywnej normalnej w układzie Wspólnego Emitera. Zdefiniować i obliczyć wartość parametru h 21e. Podać zakres typowych wartości tego parametru Badanie tranzystorów polowych JFET Sprawdzić poprawność działania dostępnych na stanowisku tranzystorów unipolarnych typu JFET. Spośród sprawdzonych tranzystorów wybrać sprawny tranzystor z kanałem typu n lub p (typ kanału mierzonego tranzystora zostanie zadany przez prowadzącego). Zmierzyć z wykorzystaniem zautomatyzowanego systemu pomiarowego charakterystykę przejściową tego tranzystora, pracującego w układzie Wspólnego Źródła. Zdefiniować, wyznaczyć bądź obliczyć następujące parametry: Up, IDSS i gm. Porównać zmierzone wartości parametrów z parametrami katalogowymi Sprawdzić poprawność działania dostępnych na stanowisku tranzystorów unipolarnych typu JFET. Spośród sprawdzonych tranzystorów wybrać sprawny tranzystor z kanałem typu n lub p (typ kanału mierzonego tranzystora zostanie zadany przez prowadzącego). Zmierzyć z wykorzystaniem zautomatyzowanego systemu pomiarowego rodzinę charakterystyk wyjściowych tego tranzystora, pracującego w układzie Wspólnego Źródła. Zdefiniować i obliczyć wartość parametrów g ds oraz G DS on. Porównać zmierzone wartości parametrów z parametrami katalogowymi Badanie tranzystorów polowych MOSFET Spośród dostępnych na stanowisku tranzystorów wybrać tranzystor unipolarny typu E-MOSFET z kanałem typu n lub p (typ kanału mierzonego tranzystora zostanie zadany przez prowadzącego). Zmierzyć z wykorzystaniem zautomatyzowanego systemu pomiarowego

4 charakterystykę przejściową tego tranzystora, pracującego w układzie Wspólnego Źródła. Zdefiniować, wyznaczyć bądź obliczyć następujące parametry: UT i gm. Porównać zmierzone wartości parametrów z parametrami katalogowymi Spośród dostępnych na stanowisku tranzystorów wybrać tranzystor unipolarny typu E-MOSFET z kanałem typu n lub p (typ kanału mierzonego tranzystora zostanie zadany przez prowadzącego). Zmierzyć z wykorzystaniem zautomatyzowanego systemu pomiarowego rodzinę charakterystyk wyjściowych tego tranzystora, pracującego w układzie Wspólnego Źródła. Zdefiniować i obliczyć wartość parametrów g ds oraz G DS on. Porównać zmierzone wartości parametrów z parametrami katalogowymi. 3. Zagadnienia praktyczne dotyczące treści kursu LPP II 3.1. Badanie tranzystora jednozłączowego Zmierzyć charakterystykę I-U tranzystora jednozłączowego z wykorzystaniem oscyloskopu i charakterografu. Wydrukować obserwowany przebieg charakterystyki I-U. Określić wartości podstawowych parametrów tego tranzystora Zmontować układ generatora relaksacyjnego na bazie tranzystora jednozłączowego o parametrach określonych przez prowadzącego. Wydrukować obserwowane przebiegi napięć wyjściowych. Określić wartości podstawowych parametrów tego tranzystora Pomiary wzmacniacza operacyjnego Zmierzyć metodą techniczną charakterystykę U wy = f(u we ) wzmacniacza operacyjnego w układzie wzmacniacza odwracającego dla różnych wartości rezystora w pętli sprzężenia zwrotnego. Obliczyć teoretyczną wartość wzmocnienia napięciowego (KU) oraz obliczyć rzeczywistą wartość tego parametru Zmierzyć metodą techniczną charakterystykę U wy = f(u we ) wzmacniacza operacyjnego w układzie wzmacniacza nieodwracającego dla różnych wartości rezystora w pętli sprzężenia zwrotnego. Obliczyć teoretyczną wartość wzmocnienia napięciowego (KU) oraz obliczyć rzeczywistą wartość tego parametru Zmierzyć charakterystykę K U = f(f) wzmacniacza operacyjnego w układzie wzmacniacza nieodwracającego dla różnych wartości rezystora w pętli sprzężenia zwrotnego. Wyrysować zmierzone charakterystyki w układzie log-log i określić pasmo przenoszenia wzmacniacza dla danej wartości rezystora w pętli sprzężenia zwrotnego Tyrystor Zmierzyć wartość mocy wydzielanej w obciążeniu w funkcji kąta włączenia tyrystora. Pomiary wykonać dla napięcia zasilającego wyprostowanego jedno- i dwupołówkowo. Zmierzone charakterystyki wykreślić na papierze milimetrowym Badanie właściwości układów cyfrowych TTL i CMOS Spośród dostępnych na stanowisku bramek logicznych wybrać bramkę NAND lub NOR wykonaną w technologii TTL bądź CMOS (typ oraz technologia wykonania bramki zostaną zadane przez prowadzącego). Sprawdzić prawidłowość działania mierzonej bramki logicznej. Zmierzyć czas propagacji sygnału w mierzonej bramce logicznej Spośród dostępnych na stanowisku bramek logicznych wybrać bramkę NAND lub NOR wykonaną w technologii TTL bądź CMOS (typ oraz technologia wykonania bramki zostaną zadane przez prowadzącego). Sprawdzić prawidłowość działania mierzonej bramki logicznej. Zmierzyć z wykorzystaniem zautomatyzowanego systemu pomiarowego charakterystykę przejściową mierzonej bramki logicznej Elementy optoelektroniczne

5 Spośród dostępnych transoptorów wybrać transoptor o największym wzmocnieniu. Zmierzyć metodą techniczną charakterystykę przenoszenia wybranego transoptora i obliczyć wartość współczynnika przełożenia prądowego transoptora (CTR) Spośród dostępnych transoptorów wybrać transoptor o największym pasmie pracy w dziedzinie częstotliwości. Zmierzyć właściwości dynamiczne wybranego transoptora. Określić maksymalną częstotliwość pracy mierzonego transoptora.