Таблица 26

Примерная разбивка материала темы по занятиям


№ заня­тия

Тематика занятия

Теоретические сведения

Практические работы

1

«Профессии» полупроводников

Знакомство с обла­стями применения по­лупроводниковых при­боров

Реле «прикосновения» на тиратроне MTX-90, Конструиро­вание прибора, изготовление монтажей платы

2

Электропроводность полупроводников

Электрические свой­ства полупроводнико­вых материалов

Полупроводники п- типа и полупроводни­ки р-типа

Монтаж схемы ре­ле «прикосновения»

3

Принцип рабо­ты полупроводникового диода

Образование р-п-пе­рехода. Выпрямитель­ные свойства р-п-пе­рехода. Вольта мпер- ная характеристика

Наладка и испытание реле «прикосно­вения»

4

Типы полупро­водниковых ди­одов

Плоскостные и то­чечные диоды. Обо­значение на схемах. Маркировка

Оформление конструкции реле «прикос­новения»

5

1

1

Транзистор

Внешний вид и устройство маломощного низкочастотного тран­зистора. Обозначение выводов. Разновидно­сти транзисторов. Маркировка

«Сторож» на транзисторе. Знакомство со способом монтажа на «гвоздиках». Изго­товление монтажной платы


Тематика

Теоретические

Практические

заня­

 

тия

занятия

сведения

работы

6

Физические про­

Транзистор с п-р п-

«Сторож» на тран­

 

цессы в плоско­

переходом и транзи­

зисторе. Монтаж схе­

 

стном транзис­

стор с р-я-р-перехо-

мы, испытания уст­

 

торе

дом. Принцип работы.

ройства

 

 

Обозначения типов

 

 

 

транзисторов

 

7

Усиление в

Общие сведения о

Пробник для про­

 

транзисторе

процессе усиления в

верки транзисторов

 

 

транзисторе. Коэффи­

 

 

 

циент усиления

 

8

Транзистор —

Понятие о датчике.

Фотосигнализатор.

 

датчик света и

Влияние света и тем­

Изготовление датчи­

 

температуры

пературы на парамет­

ков и монтажных

 

 

ры транзистора

плат

Ход теоретических занятий

Занятия по данной теме можно начать с небольшой экскурсии в мир современной полупроводниковой тех­ники. Руководитель кружка рассказывает ребятам о широком применении полупроводников во всех без ис­ключения областях радиоэлектроники, сообщает им, что при тех же возможностях, что и у электронной лам­пы, полупроводниковый прибор обладает рядом преи­муществ. Ребятам предлагают ответить, о каких полу­проводниковых устройствах им приходилось слышать, где они используются.

Ребятам полезно напомнить о полупроводниках то, что им ранее сообщалось при прохождении темы «Электро- и радиотехнические материалы».

Продолжая начатый разговор о полупроводниках, преподаватель останавливается на электрических свой­ствах этих материалов. Он рисует на доске упрощен­ную схему структуры полупроводника и объясняет, что любой атом связан с каждым соседним атомом посред­ством электронной связи. Если все электроны «на сво­их местах», полупроводник ведет себя как диэлектрик. Но наступают условия, например при повышении тем­пературы, когда связь электронов с атомными ядрами ослабевает и некоторые из них могут покидать свои межатомной связи электрон становится свободным, а там, где он был до этого, образуется пустое место, называемое «дыркой» (рис. 27). Освободившиеся элек­троны под влиянием сил электрического поля дви­гаются по направлению по­ложительного полюса исто­чника питания. Но, встретив на своем пути дырки, элек­троны как бы «впрыгивают» б них, заполняя некоторые межатомные связи. В то же время другие межатомные связи нарушаются: из них ухо­дят электроны, возникают дырки и заполняются новые межатомные связи. Объясняя механизм передвижения дырок в сторону отрицательного полюса источника пи­тания, следует широко применять различные образные сравнения и аналогии. Так, например, в книге В.Г.Бо­рисова и Ю. М. Отряшенкова «Юный радиолюбитель» это явление сравнивают с хорошо знакомой каждому школьнику картиной. Стоит пионерский строй. Не­сколько ребят вышло из строя: образовались пустые места — дырки. Вожатый подает команду: «Сомкнуть строй!». Ребята по очереди делают шаг вправо, запол­няя пустые места. Что получается? Ребята один за дру­гим перемещаются к правому флангу, а пустые места— в сторону левого фланга.

Далее педагог сообщает членам кружка, что в чи­стом виде германий и кремний обладают низкой соб­ственной электропроводностью, но, вводя небольшие количества приместей, электрические свойства полупро­водника можно значительно повысить. Введение таких примесей, как сурьма или мышьяк, увеличивает в нем число свободных электронов. Полупроводники с избыт­ком свободных электронов называются полупроводни­ками с электронной проводимостью, или полупроводни­ками д-типа.

Рис. 27

Добавление в небольших количествах индия, алю­миния или галлия создает в полупроводнике недостаток электронов Такой полупроводник называют полупро­водником с дырочной проводимостью, или полупровод­ником р-типа.

Получив представление о явлениях, происходящих в полупроводниках, члены кружка знакомятся с прин­ципом работы полупроводникового диода. Приводят схематический рисунок, отражающий процессы, проис­ходящие в р-n-переходе (рис. 28).

На схеме включают источник питания так, чтобы от­рицательный полюс его был соединен с полупроводни­ком п-типа, а положительный — с полупроводником типа. По цепи в этом случае пойдет ток. Положи­тельные дырки будут отталкиваться в материале р-типа от положительного полюса батареи и двигаться к переходу. Аналогично в материале д-типа электроны будут отталкиваться от отрицательного полюса батареи и также будут двигаться к переходу. В области перехо­да дырки и электроны встречаются и рекомбинируют друг с другом. На их место в область п из источника поступают новые электроны, а из области р уходят электроны, что равнозначно появлению в ней новых ды­рок.

Полупроводниковый диод последовательно с лам­почкой подключают в прямом направлении к батарей­ке. Лампочка горит, значит, диод свободно пропускает через себя электрический ток. Теперь диод включают в обратном направлении. Лампочка гореть не будет. Делается вывод: диод, включенный в обратном направ­лении, тока не пропускает. В этом случае он представ­ляет собой очень большое сопротивление.

Руководитель предлагает кружковцам разобраться в этом вопросе с позиции теории полупроводников. На схематическом рисунке перехода изменяют поляр­ность батареи на обратную. Электроны в материале н-типа устремятся к положительному полюсу батареи, а дырки в материале типа — к отрицательному полюсу батареи, Поскольку и электроны и дьтрки удаля­ются от перехода, практически ток в цепи отсутствует.

Работу полупроводникового диода можно сравнить с работой водопроводного крана. А ерли включить диод в цепь с переменным током? На этот вопрос ребятам нетрудно будет ответить, напомнив им действие ваку­умного диода. Он будет свободно пропускать ток одно­го направления — прямой и почти не пропускать гок противоположного направления — обратный. Следует также начертить на доске вольтамперную характери­стику полупроводникового диода, сравнив ее с анало­гичной характеристикой диода лампового.

Кружковцам демонстрируют промышленные образ­цы различных типов кристаллических диодов, объясня­ют их назначение. Педагог рассказывает ребятам, что существует два вида полупроводниковых диодов — плоскостные и точечные — и кратко останавливается на устройстве каждого вида, используя в качестве на­глядного материала учебные плакаты по теме «Полу­проводниковые приборы».

Конструкция большинства плоскостных диодов та­кова. На поверхности квадратной пластинки площадью 2—4 мм2 и толщиной в несколько долей миллиметра, вырезанной из кристалла германия или кремния, рас­плавлен маленький кусочек индия. При этом атомы индия проникают (диффундируют) в толщу пластин­ки, образуя в ней область с преобладанием дырочной проводимости, а между ними р-я-переход.

Выпрямительным элементом точечного диода слу­жит крохотная пластинка германия или кремния, обыч­но с электронной проводимостью, с которой соприкаса­ется острие тонкой вольфрамовой проволочки. После сборки диод формуют — пропускают через контакт между пластинкой и проволочкой ток определенной ве­личины. В это время под острием проволочки в кри­сталле полупроводника образуется небольшая область с дырочной проводимостью. Получается электронно- дырочный переход, обладающий односторонней прово­димостью тока.

Далее члены кружка знакомятся с маркировкой и условным обозначением полупроводниковых диодов. Как плоскостные, так и точечные диоды маркируются буквами и цифрами, например: Д7А, Д226Б, Д2В, Д9Ж. Буква Д в маркировке приборов означает «ди­од», цифры, следующие за нею, характеризуют группу диода, а стоящие в конце обозначения буквы А—Ж указывают  разновидности групп приборов.

А как определить полярность диода? Педагог сооб­щает, что прежде всего следует найти на его корпусе или на одной из ложек значок условного обозначения. На некоторых типах диодов значок может отсутство­вать, в них треугольник заменен красной точкой.

Занятия по изучению транзистора рекомендуется построить следующим образом: вначале познакомить ребят с конструкцией прибора, а затем рассмотреть происходящие в нем физические процессы. Это условие вызвано тем, что выполняемые в кружке работы и изу­чаемый теоретический материал находятся друг с дру­гом в определенной зависимости.

Кружковцам рассказывают о конструкции транзи­стора, используя увеличенный чертеж полупроводнико­вого прибора. Устройство маломощного низкочастотно­го транзистора демонстрируют, сняв аккуратно чашеч­ку с основания его корпуса. Ребятам сообщают, что из всего многообразия полупроводниковых триодов, выпу­скаемых нашей промышленностью, в текущем учебном году им предстоит пользоваться только некоторыми из них: маломощными низкочастотными транзисторами типа П13~ь-П16, МП39-ьМП42 и низкочастотными мощ­ными типа П201—203, Г1212—214. Педагог демонстри­рует названные типы транзисторов и сообщает поря­док расположения выводов. Все эти сведения кружков­цы заносят в тетради.

Приступая к объяснению принципа работы транзи­стора, руководитель кружка вычерчивает на доске схе­матический рисунок с изображением трехслойной стру­ктуры полупроводниковых триодов: п-р-п и р-п-р-пере ходов. К выводам транзистора на схе­ме присоединяют внешние батареи в результате чего через транзистор те­чет ток. Батарея, включенная между эмиттером и базой, вызывает поступ­ление электронов (в триоде п-р-п- типа) или дырок (в триоде р-п-р-типа) из эмиттера в базу. Батарея, включен­ная между базой и коллектором, спо­собствует прохождению сквозь базу носителей тока и попаданию их на коллектор. Такое прохождение носителей тока сквозь базу возможно, по­тому что база имеет очень небольшую толщину (рис. 29).

Знакомя ребят с обозначением транзисторов на схе­мах, преподаватель указывает, что в транзисторах р-п-р-типа стрелка, обозначающая эмиттер, обращена в сторону базы, а в транзисторах п-р-п-типа — от ба­зы.

Особое внимание педагогу следует обратить на про­цесс усиления в транзисторе. Способность транзистора усиливать можно продемонстрировать, собрав схему рис. 30. Для этой схемы надо иметь микроамперметр, миллиамперметр, переменный резистор 10 ком, тран­зистор, пару батареек. Переменный резистор устанав­ливают на максимальное положение (стрелки обеих приборов находятся в начале шкалы). При повороте ручки переменного резистора показания приборов уве­личиваются. Строится график зависимости тока коллек­тора от тока базы, из которого видно, что незна­чительное увеличение тока в цепи базы вызыва­ет относительно большой рост тока в коллекторной цепи.

Вывод из этого опыта можно сделать только один. Транзистор работает как усилитель тока. В цепи базы протекает ток значительно слабее, чем возникает в кол­лекторной цепи.

Если теперь разделить значение коллекторного то­ка на величину тока, протекающего в цепи базы, то можно наглядно представить величину тран­зистора.

В заключение руководитель рассказывает ребятам об использовании транзистора в качестве фото- или термо-датчиков. Разъясняется сущность датчика как устройства, служащего для преобразования неэлектри­ческой величины в электрическую.

Ход практических занятий

Ребятам предлагают изготовить реле «прикоснове­ния» на тиратрону МТХ-90 Эта работа включает в себя новые для кружковцев элементы; газоразрядный при­бор МТХ-90 и полупроводниковый диод (рис. 31).

Для сборки конструкции необходимы следующие детали и ма­териалы:

тиратрон МТХ-90;

реле электромагнитное любого типа; конденсатор электролитический 10,0X50 в; диод Д226Б или Д7Г -Д7Ж; резисторы 1,0 и 750 ом; клеммы 2 шт.;

гетинаксовая или фанерная плата 120X80 мм; корпус.

Устройство работает следующим образом. В цепь катода тиратрона МТХ-90 включено электромагнитное реле. Поскольку анодный ток тиратрона может быть достаточно большим, допустимо применение практиче­ски любого типа релчх При касании рукой провода, соединенного через высокоомный резистор R1 с поджи­гателем, происходит разряд тиратрона и срабатывает реле, контакты которого включают исполнительное уст­ройство (лампу, звонок). Полупроводниковый диод Д[ является выпрямителем, электролитический конденса­тор С1 устраняет «дребезжание» реле, величину сопро­тивления резистора, ограничивающего ток тиратро­на, подбирают в процессе настройки схемы. Напряже­ние на аноде МТХ-90 должно быть не более 130—140 в.

Реле «прикосновения» может найти самое широкое применение в практической работе кружка в качестве элемента схем конструкций автоматических устройств. Например, с помощью него можно автоматически вклю­чать световые транспаранты при касании к металличе­ским предметам («Не забывай класть инструменты на место!», «Руками не трогать!»), управлять работой приборов про­стым прикосновением.

Прежде чем приступить к монтажу схемы, педагогу сле­дует дать исчерпывающие сведе­ния о назначении и способе вклю­чения комплектующих элементов.

Руководитель вместе с круж­ковцами прослеживает путь со­здания прибора. Сначала ребята,получив комплекты деталей, переносят представление о конструкции на бумагу в виде эскизов. После уточ­нения конструкции автоматического устройства и его монтажной схемы с педагогом члены кружка присту­пают к изготовлению монтажной платы.

Прежде чем начать конструирование, юным конст­рукторам предлагается подумать/над тем, каким требо­ваниям должно удовлетворять готовое изделие. На­правляемые руководителем, они приходят к выводу, что размеры платы должны соответствовать выбран­ному корпусу; взаимное расположение деталей должно быть таковым, чтобы монтажная схема получилась компактной и рациональной; работа с прибором безопасной.

Разумеется, первые шаги в самостоятельной конструкторской деятельности ребята делают, опираясь на конструкцию, подготовленную педагогом. На занятиях рекомендуется использовать развернутую схему устрой­ства.

Наладка схемы реле «прикосновения» большого труда не представляет: если все детали исправны и монтаж выполнен без ошибок, устройство сразу же на­чинает работать. Работает оно только от напряжения 127 в. Для питания от сети 220 в необходим делитель напряжения или понижающий трансформатор. Пред­почтение следует отдать трансформатору, поскольку применение его не потребует никаких дополнительных настроек.

Окончательная наладка схемы сводится к подбору величин резисторов R1 и R2. В случае, если электромаг­нитное реле срабатывает недостаточно четко, величину R2 несколько уменьшают, и наоборот, если МТХ-90 очень ярко светится, сопротивление того же резистора увеличивают. Это увеличит срок службы тиратрона. Величину резистора R1 подбирают в зависимости от длины провода сигнализации: чем длиннее провод, тем больше сопротивление резистора. Однако подключение провода длиной более 2—3 м вызывает самовозбужде­ние устройства. В этом случае следует применить эк­ранированный провод.

Поскольку реле «прикосновения» работает от сети, обращаться с ним надо осторожно. Это обстоятельство требует, чтобы схема устройства была помещена в на­дежный корпус, обеспечив тем самым необходимую бе­зопасность детей, в особенности если они Собираются использовать его в школе или дома.

Ребятам предлагается оформить конструкцию само­стоятельно, используя имеющийся опыт. Перед ними стоит задача собрать корпус прибора в соответствии с разработанной конструкцией, установить клеммы, вы­ключатель и плату со схемой. Рядом с отверстием для шнура питания следует написать: «127 в». Если корпус выполнен из фанеры, его рекомендуется окрасить. В заключение проводятся окончательные испытания уст­ройства.

Результатами своей работы членам кружка предо­ставляется право распорядиться по их усмотрению. Од­нако можно подсказать, что такой прибор найдет ши­рокое применение в школе.

Последовательность выполнения практических работ находится в определенной зависимости от тематики изучаемого теоретического материала. Поэтому тема «Транзистор» находит свое отражение и в содержании практических занятий.

В качестве объекта для изготовления в кружке вы­брана схема простейшего автоматического устройства— «сторожа» на транзисторе. При разрыве провода, сое­диняющего базу с эмиттером, транзистор открывается и включенная в цепь его коллектора лампочка загора­ется (или срабатывает реле) рис. 32,а.

Сборка схемы затруднений у ребят, как правило, не вызывает. Вместе с тем данное устройство наиболее полно отвечает дидактическим задачам темы. Члены кружка знакомятся с расположением выводов и прие­мами монтажа транзисторов, наглядно постигают физи­ческие основы работы кристаллических триодов.

Монтаж данной схемы производится на «гвоздиках». Кусочки медного провода длиной 10 мм и 0 1 ммь вставляют в отверстия монтажной платы, просверлен­ные сверлом 0 1 мм в соответствии с монтажной схе­мой. Эта операция для ребят новая. Руководитель рас­сказывает своим воспитанникам, что такой монтаж не только обеспечивает необходимую жесткость, исключа­ет ошибку и путаницу, но и позволяет, если надо, лег­ко заменить любую радиодеталь.

Провод, из которого делаются «гвоздики», предва­рительно тщательно зачищают и залуживают припоем. Длина выступающего конца «гвоздика» со стороны де­талей равна 5 мм, а со стороны монтажа — 2—3 мм. Пример монтажа на «гвоздиках» показан на рис. 33.


Рис. 33.

Собранное устройство ребята испытывают в дейст­вии, находят ему практическое применение. «Сторож» легко может быть переделан в пробник для проверки транзисторов. Подмечая эту особенность, руководитель ставит перед кружковцами конструктивную задачу, как сделать прибор для проверки транзисторов. Сначала рассматривается принцип работы прибора, а затем пе­реходят к обсуждению конструкции (рис. 32,6).

В электрическую схему добавляется тумблер и три зажима «крокодил». Испытываемый транзистор под­ключают к прибору при нижнем положении тумблера (база отключена от источника питания). При переклю­чении тумблера из нижнего положения в верхнее ток базы возрастает и, если транзистор исправен, лампоч­ка будет гореть. При этом по яркости свечения можно получить представление об усилении .транзистора. Бо­лее точные измерения производят, если вместо лампоч­ки включить миллиамперметр со шкалой 0—1 ма.

Корпус пробника имеет размеры 120X100X30 мм и изготовляется из листового гетинакса или фанеры.

Следующей работой является фотосигнализатор.

Организация и сам процесс учебного конструирования в общем остаются такими же, какими были на прошлых занятиях. Однако при раз­работке монтажной схемы и наладке прибора будут встречаться свои особенно­сти, зависящие от специфи­ки транзисторов. Процесс Д1,Д2 Д2  изготовления данного уст­ройства рассмотрен схема   тично (рис. 34).

Для сборки одной конструкции потребуются следующие дета­ли и материалы:

транзисторы маломощные низкочастотные (МП39 Н-МП42,

МП20) — 3 шт.

транзистор мощный низкочастотный (П201-^П202) — 1 шт.

точечные диоды типа Д2, Д9 —  2 шт.

переменный резистор 4,3 -МО ком — 1 шт.

лампочка от карманного фонаря — 1 шг.

батарея КБС — 1 шт.

гетинаксовая плата 100X60 мм — 1 шт.

корпус от карманного радиоприемника — 1 шт.

Световой импульс, попадая на фотоэлемент, вызывает срабатывание схемы, и лампочка вспыхивает. Фо­тоэлементом . является транзистор со снятой крышкой. Слабый ток фотоэлемента усиливается усилителем по­стоянного тока (УПТ), собранным по схеме составного транзистора. Диоды Д1 и Д2 осуществляют температур­ную компенсацию: при повышении температуры сопро­тивление диодов уменьшается и часть теплового тока протекает через них.

Работу над прибором начинают с изготовления мон­тажной платы и фотодатчика. Верхняя часть корпуса транзистора осторожно спиливается лобзиком, а затем поверхность кристалла очищается от попавших на нее металлических опилок. Фотодатчик будет значительно чувствительнее, если световой поток будет попадать на фоторезистор через небольшую линзочку, в фокусе ко­торой находится кристалл.

|
Copyright © 2020 Профессиональный педагог. All Rights Reserved. Разработчик APITEC
Template Settings
Select color sample for all parameters
Red Green Blue Gray
Background Color
Text Color
Google Font
Body Font-size
Body Font-family
Scroll to top