Занятие 5. Интегральные схемы (ИС)

Министерство образования и науки Российской Федерации

Иркутский государственный технический университет

Факультет ____ энергетический_ ___________________________

Кафедра _ электропривода и электрического транспорта _____

 

М.П.Дунаев

 

 

СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания для практических занятий

 

Укрупненная группа направлений и специальностей

140000 – Энергетика, энергетическое машиностроение и электротехника

Направление подготовки:

140400 – Электроэнергетика и электротехника

 

Профиль:

140400.62 – Электропривод и автоматика

Квалификация (степень):

Бакалавр

 

 

Иркутск

 

2012 г.

М.П.Дунаев. Силовая электроника:Методические указания для практических занятий. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. – 23 с.

Рассмотрены основные характеристики диодов, выпрямительных блоков, тиристоров, транзисторов, интегральных схем, а также приемы измерения их основных характеристик.

 

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. М.П.Дунаев. Силовая электроника. Методические указания для лекционыхзанятий. – Иркутск, Изд-во ИрГТУ, 2012. 64 с. ЭИ.

2. М.П.Дунаев. Силовая электроника. Методические указания для лабораторных занятий. – Иркутск, Изд-во ИрГТУ, 2012. 46 с. ЭИ.

3. Силовая электроника. Методические указания для самостоятельной работы. – Иркутск, Изд-во ИрГТУ, 2012. 6 с. ЭИ.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

4. Онищенко Г.Б. Электрический привод. М.: Академия, 2008.

5. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. М.: Академия, 2005.

 

Содержание

Стр.

Практическое занятие №1……………………………………………………...3

Практическое занятие №2………………………………………….……….….9

Практическое занятие №3…………………………………………………….13

Практическое занятие №4…………………………………………………….20

Практическое занятие №5…………………………………………………….21

Занятие 1. Диоды

Диод – это двухслойная полупроводниковая структура, состоящая из полупроводников двух типов: n -типа, обладающих электронной проводимостью (полупроводниковая пластина с примесью атомов фосфора), и р -типа, обладающих дырочной проводимостью (полупроводниковая пластина с примесью атомов алюминия). Переход (стык) этих двух видов полупроводников обладает переменным сопротивлением, величина которого зависит от полярности и амплитуды приложенного к выводам полупроводниковых слоев напряжения. Вывод от проводника n -типа называют катодом, а вывод от проводника р -типа – анодом. Структура полупроводникового диода и его условное графическое обозначение показаны на рис.1.

Под действием приложенного внешнего напряжения полупроводниковый диод может находиться в двух состояниях: открытом (проводящем), когда напряжение приложено в прямом направлении (плюс на аноде, минус на катоде); и закрытом (непроводящем), когда напряжение приложено в обратном направлении (плюс на катоде, минус на аноде).

Классификация диодов:

- по материалу: германиевые, кремниевые и арсенид-галлиевые;

- по типу (области применения): выпрямительные, высокочастотные, импульсные, стабилитроны, светодиоды, фотодиоды.

Маркировка диодов:

- разработанных до 1964 г.: состоит из трех элементов: первый – буква Д (диод); второй – число, определяющее материал и тип (1-100, 301-400 – германиевые, 101-300, 800-1000 – кремниевые), третий – разновидность данного диода.

- разработанных после 1964 г.: состоит из четырех элементов: первый – буква или цифра, обозначающая материал (Г или 1 – германий, К или 2 – кремний, А или 3 – арсенид галлия); второй – буква, определяющее область применения (Ц – выпрямительные блоки, А – СВЧ-диоды, Д – универсальные, С – стабилитроны, Ф – фотодиоды, И – туннельные, Н – динисторы, У - тиристоры), третий – группу мощности, четвертый - разновидность данного диода.

Выпрямительные диоды используются в различных выпрямительных схемах, работающих на низких частотах. Вольтамперная характеристика (ВАХ) выпрямительного диода показана на рис.2. В настоящее время в качестве основы для полупроводников обычно выступают германий и кремний. ВАХ имеет прямую ветвь с линеаризованной характеристикой U= U₀ + I R_д (диод находится в проводящем состоянии, где его сопротивление R_д=ctg β и составляет порядка 0,3…0,5 Ом для германиевых диодов и 1,0…1,5 Ом для кремниевых диодов) и обратную ветвь (диод находится в непроводящем состоянии, где его сопротивление составляет десятки и сотни кОм). Основные данные выпрямительных диодов указаны в табл. 1.

Основные данные выпрямительных диодов. Таблица 1.

Тип	Максимальный ток, А	Максимальное напряжение, В	Прямое падение напряжения, В	Область применения	Диапазон температур,0С
Д7Ж	0,3		0,5	выпрямительный	-60…+70
КД213А				выпрямительный	-60…+120
КД213Б				выпрямительный	-60…+120
КД213Г			1,5	выпрямительный	-60…+120
КД203А				выпрямительный	-55…+100
Д305			0,7	выпрямительный	-55…+100
Д246А				выпрямительный	-60…+130
Д248А			1,5	выпрямительный	-60…+130
Д226Д	0,3			выпрямительный	-60…+80

 

Импульсные диоды используются в качестве ключевых элементов при малых длительностях импульсов и переходных процессов.

Основные данные некоторых маломощных импульсных диодов указаны в табл.2.

Основные данные импульсных диодов. Таблица 2

Тип	Максимальный ток, А	Максимальное напряжение, В	Прямое падение напряжения, В	Материал	Диапазон температур,0С
Д310	0,25		0,5	Германий	-55…+60
Д237А	0,3			Кремний	-60…+120
Д237Б	0,3			Кремний	-60…+120

 

Стабилитроны (опорные диоды) предназначены для стабилизации уровня напряжения при изменении величины протекающего через диод тока. В стабилитронах рабочим является обратный участок вольтамперной характеристики (рис.2). На этом участке напряжение на диоде остается практически постоянным при значительном изменении тока, протекающем через диод.

Основные данные некоторых стабилитронов указаны в табл.5.

Основные данные стабилитронов. Таблица 5

Тип	Максимальный ток, А	Напряжение стабилизации, В	Максимальная допустимая мощность, Вт	Материал	Диапазон температур,0С
КС133А	0,08	3,3	0,3	Кремний	-55…+100
КС147А	0,07	4,7	0,3	Кремний	-55…+100
КС156А	0,055	5,6	0,3	Кремний	-55…+100
Д814В	0,032	9-10,5	1,5	Кремний	-55…+100
Д815А	1,4	5,6		Кремний	-60…+100

Светодиоды обладают свойством создавать некогерентное оптическое излучение определенного спектрального состава при прохождении через него прямого тока. В зависимости от выбранного материала излучение светодиода может лежать в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой области спектра. Светодиоды используются в качестве световых индикаторов, источников излучения в оптоэлектронных парах, в устройствах автоматики.

Основные данные некоторых светодиодов указаны в табл.6.

Основные данные светодиодов. Таблица 6

Тип	Максимальный ток, А	Максимальное прямое напряжение, В	Яркость, кд/м*м	Свечение	Диапазон температур,0С
КЛ101А	0,01	5,5		Желтое	-10…+70
АЛ102А	0,01	3,2		Красное	-60…+70
АЛ102Б	0,02	4,5		Красное	-60…+70
АЛ102В	0,03	4,5		Зеленое	-60…+70
АЛ106А	0,12	1,7	-	Инфракрасное	-60…+85

 

ПРОТОКОЛ

к практическому занятию № 1 «Диоды»

№	Тип	Предельные параметры	tраб, град	Мате-риал	Измерения	Область применения	Вывод
U, В	I, А	∆U,В	RА-К	RК-А

 

Выполнили студенты_____________________________________________________________________________________________________________гр._________________________
Занятие 2. Выпрямительные блоки

Выпрямительныеблоки используются в различных выпрямительных схемах, работающих на низких частотах. Схема выпрямительного блока типа КЦ402 показана на рис.1. Основные данные некоторых выпрямительных блоков указаны в табл.1.

Маркировка состоит из четырех элементов: первый – буква или цифра, обозначающая материал (К или 2 – кремний); второй – буква, определяющее область применения (Ц – выпрямительные блоки), третий – группу мощности (301…399 – малая, 401…499 – средняя, 501…599 – большая), четвертый - разновидность данного выпрямительныго блока.

Основные данные выпрямительных блоков. Таблица 1.

Тип	Максимальный ток, А	Максимальное напряжение, В	Вид схемы	Диапазон температур,0С
КЦ402А			Однофазный выпрямительный мост	-40…+70
КЦ402Б			Однофазный выпрямительный мост	-40…+70
КЦ403А			2 однофазных выпрямительных моста	-40…+70
КЦ404В			2 однофазных выпрямительных моста	-40…+70
КЦ404Г			2 однофазных выпрямительных моста	-40…+70
КЦ404И			2 однофазных выпрямительных моста	-40…+70
КЦ405А			Однофазный выпрямительный мост	-40…+70
КЦ405Е			Однофазный выпрямительный мост	-40…+70
КД205А	0,5		2 выпрямительных диода	-40…+70

 

ПРОТОКОЛ

к практическому занятию № 2 «Выпрямительные блоки»

№

Тип

Предельные параметры

Измерения

Вывод

U, В

I, А

RА1-К1

RК1-А1

RА2-К2

RК2-А2

RА3-К3

RК3-А3

RА4-К4

RК4-А4

 

Выполнили студенты __________________________________________________________ ___________________________________________________гр.________________
Занятие 3. Тиристоры

Незапираемый тиристор (однооперационный тиристор, тринистор) представляет собой четырехслойную полупроводниковую структуру, показанную на рис.1.

 

Под действием внешнего напряжения полупроводниковый тиристор может находиться в двух состояниях: открытом (проводящем), когда напряжение приложено в прямом направлении (плюс на аноде, минус на катоде), а на управляющий электрод подано напряжение управления (плюс на УЭ, минус на катоде); и закрытом (непроводящем), когда напряжение приложено в обратном направлении (плюс на катоде, минус на аноде). Вольтамперная характеристика (ВАХ) тиристора показана на рис.2. В настоящее время в качестве основного материала для тиристора выступает кремний. ВАХ имеет прямую ветвь (тиристор находится в проводящем состоянии, где его сопротивление составляет порядка 1,0…1,5 Ом) и обратную ветвь (тиристор находится в непроводящем состоянии, где его сопротивление составляет сотни кОм).

Условия нахождения тиристора в проводящем состоянии:

U₀ ≤ U ≤ U_макс и I > Iуд.

Условия нахождения тиристора в запертом состоянии:

I < Iуд или U_пр < U < 0.

Тиристоры, также как выпрямительные диоды, выбираются по величине среднего прямого тока I_ср и допустимому обратному напряжению U_обр = (0,6…0,7)U_пр .

Основные данные некоторых тиристоров указаны в табл.1 и 2.

Таблица 1

Марка	Максима-льный ток, А	Максимальное напряжение, В	Прямое паде-ние напряже- ния, В	Тип прибора	Диапазон температур,0С	Частота, Гц
КУ201Б				и.тиристор	-60…+100
КУ201Е				и.тиристор	-60…+100
КУ201Л				и.тиристор	-60…+100
КУ201К				и.тиристор	-60…+100
КУ202Г				и.тиристор	-25…+55
КУ202Е				и.тиристор	-25…+55
КУ202Ж				и.тиристор	-25…+55
КУ202Н				и.тиристор	-25…+55
КУ208Г				и.тиристор	-55…+70
Т112-16		100-1200	1,2	н/ч тиристор	-60…+125
Т10-50		100-1200	1,14	н/ч тиристор	-50…+125

 

Таблица 2

Тиристор	Т112	Т112	Т122	Т122	Т142	Т132	Т132	Т142	Т142
Iср, А
Δ Uтир , В	1,25	1,2	1,15	1,1	1,25	1,05	1,03	0,95	0,93

 

Пример обозначения тиристора: Т132-50-7 (50 – средний ток в амперах, 7 – максимальное напряжение в сотнях вольт).

ПРОТОКОЛ

к практическому занятию № 3 «Тиристоры»

№	Тип	Предельные параметры	tраб, град	Измерения	Область применения	Вывод
U, В	I, А	∆U,В	RА-К	RК-А	RК-УЭ

 

Выполнили студенты_____________________________________________________________________________________________________________гр._____________________
Занятие 4. Транзисторы

Биполярный транзистор – это трехслойная полупроводниковая структура, состоящая из полупроводников n -типа и р -типа. Биполярные транзисторы бывают рnp -типа (рис.1) и npn -типа (рис.2).

Под действием внешнего напряжения биполярный транзистор может находиться в двух состояниях: открытом (проводящем), когда напряжение приложено в прямом направлении (плюс на эмиттере, минус на коллекторе), а на базу подано напряжение управления (Uкэ > 0, Uбэ > 0); и закрытом (непроводящем), когда напряжение приложено также в прямом направлении, но на базе отсутсвует напряжение управления (Uкэ > 0, Uбэ = 0).

Транзисторы могут включаться по трем основным схемам: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК).

Включение транзистора по схемам с ОБ, ОЭ и ОК показаны на рис.3 – 5.

 

 

Классификация транзисторов:

- по материалу: германиевые (t_раб = – 60⁰С - +70⁰С) и кремниевые (t_раб = – 60⁰С - +70⁰С);

- по диапазону рабочих частот: низкочастотные (до 9 МГц), среднечастотные (от 9 до 30 МГц) и высокочастотные (свыше 30 МГц);

- по мощности: малой (до 0,3 Вт), средней (от 0,3 до 1,5 Вт) и большой мощности (свыше 1,5 Вт).

 

Маркировка транзисторов:

- разработанных до 1964 г.: состоит из трех элементов: первый – буква П (полупроводниковый триод, для модернизированных вначале добавлена буква М); второй – цифра, определяющее номер разработки, третий – буква, определяющая разновидность данного транзистора.

- разработанных после 1964 г.: состоит из четырех элементов: первый – буква или цифра, обозначающая материал (Г или 1 – германий, К или 2 – кремний); второй – буква Т (транзистор); третий – цифра, определяющее номер разработки, четвертый – буква, определяющая разновидность данного транзистора.

 

 

Основные данные транзисторов. Таблица 1.

Тип	Максимальное напряжение «коллектор-эмиттер», В	Максимальный ток коллектора, А	Мощность, Вт	Макси-мальная частота, мГц	Тип транзи-стора	Мате-риал
МП26Б		0,08	0,2	0,5	p-n-p	германий
МП38		0,02	0,15		n-p-n	германий
МП39		0,03	0,15	0,5	p-n-p	германий
П416		0,025	0,1		p-n-p	германий
ГТ308Б		0,05	0,15		p-n-p	германий
1Т308Б		0,05	0,15		p-n-p	германий
МП113		0,02	0,15		n-p-n	кремний
ГТ402В		0,5	0,6		p-n-p	германий
ГТ402И		1,25		0,008	p-n-p	германий
КТ940А		0,1			n-p-n	кремний
КТ801А					n-p-n	кремний
КТ801Б					n-p-n	кремний
КТ815Г		1,5			n-p-n	кремний
2Т603Г		0,3	0,5		n-p-n	кремний
КТ604Б		0,2			n-p-n	кремний
КТ805БМ					n-p-n	кремний
КТ814А		1,5			p-n-p	кремний
КТ816Г					p-n-p	кремний
КТ361А		0,05	0,15	2,5	p-n-p	кремний
П213			11,5	0,15	p-n-p	германий
П216		7,5		0,1	p-n-p	германий
П217В		7,5		0,1	p-n-p	германий

 

ПРОТОКОЛ

к практическому занятию № 4 «Транзисторы»

№

Тип

Предельные параметры

tраб, град

Ма-те-риал

Измерения

Область приме-нения

Вы-вод

Uкэ, В

Iк, А

Р, Вт

Rэк

Rэб

Rбэ

Rкб

Rбк

 

Выполнили студенты_____________________________________________________________________________________________________________гр.____________________________________

Занятие 5. Интегральные схемы (ИС)

 

Классификация ИС:

- по технологии изготовления: полупроводниковые ИС, все элементы и межэлементные соединения которых выполнены в объеме и на поверхности полупроводника (группы 1, 5, 6, 7); пленочные ИС, все элементы и межэлементные соединения которых выполнены в виде пленок (группа 3); гибридные ИС, в состав которых включены отдельные элементы и кристаллы (группы 2, 4, 8);

- по виду сигнала: аналоговые ИС (преобразование и обработка непрерывных сигналов); цифровые ИС (преобразование и обработка сигналов в цифровом коде);

- по функциям: на подгруппы (генераторы, усилители, триггеры, преобразователи и т.д.); на виды (например: преобразователи частоты, фазы, напряжения и т.п.).

Маркировка ИС:

- разработанных до 1979 г.: состоит из шести элементов: первый – цифра, обозначающая группу; второй – буква, указывающая подгруппу; третий – буква, определяющая вид; четвертый – двухзначное число (от 0 до 99), обозначающее номер серии; пятый – число, определяющее порядковый номер ИС в данной серии; шестой – буква, указывающая отличие ИС по электрическим параметрам.

- разработанных после 1979 г.: состоит из пяти элементов: первый – цифра, обозначающая группу; второй – двухзначное число (от 0 до 99), обозначающее порядковый номер серии; третий – буква, определяющая подгруппу; четвертый – буква, определяющая вид, пятый – цифра (и буква), указывающая отличие ИС по электрическим параметрам. Перед обозначением ИС может стоять буква К, указывающая условия приемки.

 

 

Основные данные ИС. Таблица 1.

Марка	Тип ИС	Назначение (подгруппа и вид)	Напряжение питания, В	Технология изготовления	Число элементов
155АГ1	Цифровая	Формирователь импульсов	+5	Полупроводниковая
155ЛА2	Цифровая	Логический элемент 8И-НЕ	+5	Полупроводниковая
155ЛА3	Цифровая	Логические элементы 2И-НЕ	+5	Полупроводниковая
155ЛИ1	Цифровая	Логические элементы 2И	+5	Полупроводниковая
155ЛА8	Цифровая	Логические элементы 4И-НЕ с открытым коллектором	+5	Полупроводниковая
2УС261А	Аналоговая	Усилитель дифференциальный	+5, -12	Гибридная
2УС282	Аналоговая	Усилитель дифференциальный	+4, -9	Гибридная
2УС283	Аналоговая	Усилитель дифференциальный	+4, -9	Гибридная
2УС284	Аналоговая	Усилитель дифференциальный	+4, -9	Гибридная
228УВ1	Аналоговая	Усилитель высокой частоты	+4, -9	Гибридная
1УТ401А	Аналоговая	Операционный усилитель	+6, -6	Полупроводниковая
140УД1А	Аналоговая	Операционный усилитель	+6, -6	Полупроводниковая
140УД1Б	Аналоговая	Операционный усилитель	+12, -12	Полупроводниковая
1УТ402	Аналоговая	Операционный усилитель	+12, -12	Полупроводниковая
1ЛБ331	Цифровая	Логический элемент 4И-НЕ	+5	Полупроводниковая
1ЛБ333	Цифровая	Логические элементы 2И-НЕ	+5	Полупроводниковая
2ГФ182	Аналоговая	Генератор сигналов	+5, -12	Гибридная
1ТК331	Цифровая	Триггер комбинированный	+5	Полупроводниковая
5НТ042А	Аналоговая	Пара полевых транзисторов		Полупроводниковая
284УД1А	Аналоговая	Операционный усилитель	+12, -12	Гибридная
1КТ011Б	Аналоговая	Коммутатор тока		Полупроводниковая
140УД2А	Аналоговая	Операционный усилитель	+12, -12	Полупроводниковая
133ЛА3	Цифровая	Логические элементы 2И-НЕ	+5	Полупроводниковая

 

ПРОТОКОЛ

к практическому занятию № 5 «Интегральные схемы»

№	Наиме-нование (марка)	Тип (анало-говая или цифровая)	Назначение	Параметры
Uпит, В	Число выводов	Тип корпуса	Число элементов

Выполнили студенты __________________________________________________________ ______________________________________________________________гр.____________