ЛУ1 ППЕ ИТИ 2021

Традиция стана всяка година да правя някакъв уеб експеримент с лабораторните упражнения по ППЕ (началото беше поставено в ResearchGate през 2015-та година с въпроса How do we investigate semiconductor devices in the educational lab?). Тази година съм решил да отразявам занятията със студентите си освен както досега, в GoogleDrive и форумите ResearchGate и StackEchchange, също така и в моя блог. Това би дало възможност за обсъждане и интересни дискусии, което би било от полза както за студентите (разбиране на материята и повишаване на оценката), така и за мен (подобряване на съдържанието и начина на провеждане на упражненията).

Изследването на полупроводникови елементи изисква студентите да имат много добра интуитивна представа за основни неща от електротехниката (например, източник на напрежение и ток) и измервателната техника (например, волтметър и амперметър). Проблемът е, че дисциплините, по които те се изучават (Теоретична електротехника и Електрически измервания), са в същия семестър. Това налага да разгледаме накратко някои основни положения (нещо като "Електротехника за електроници"), за да можем успешно да провеждаме упражненията си. Ето и сценария за първото упражнение:

ЛУ 1: Встъпително упражнение

I. Организационни въпроси

1. Водещ лабораторните упражнения - доц. д-р Кирил Мечков (cmechkov@gmail.com, тел. 0888546707, 0893690325; приемно време: пон-к, вторник и сряда - 13÷14 ч., лаб. 1217. Представяне: блог Circuit Stories.

2. Списък на групата: уточняване, допълване. Координати за връзка: email, телефон. Попълнете списъците на подгрупите, за да ги имам в наличност в четвъртък; така ще спестим време в лабораторията. Сега ще имат четните подгрупи (означени с II в моите списъци). Изискването ми е да се разпределите по равно, защото мястото в лабораторията е ограничено и има изисквания за дистанция. В лабораторията се влиза задължително с маска.

3. Координати за връзка: email, телефон. 

4. Разписание: Всяка подгрупа по 4 учебни часа през седмица. Реално - в лаб. 1217; онлайн - чрез ZOOM.

4. Техника на безопасност: инструкция, разяснения, подпис. Основни опасности: електрически ток (разклонители по масите), нараняване (монтажни инструменти), изгаряне (поялник).

5. Какво се прави...

• в една техническа дисциплина – изучават се материални обекти; в една електронна дисциплина – изучават се полупроводникови елементи и схеми
• в една лаборатория – изследват се реални обекти. Как се прави това – чрез метода „стимул-реакция” (източник → обект → приемник). Обобщена блокова схема на опитна постановка.
• в тази лаборатория – изследват се полупроводникови елементи чрез подаване и измерване на електрическа величина напрежение или ток. Блокова схема на опитната постановка: източник на напрежение/ток (генератор) → елемент (диод, транзистор) → измервателен уред (волтметър, амперметър, осцилоскоп). Лабораторните експерименти не са твърдо зададени и могат да се избират от студентите според техните предпочитания. Научете повече от тези линкове:

ППЕ – 2021 (GoogleDrive) - основни ресурси за лабораторните упражнения по дисциплината

How do we investigate semiconductor devices in the educational lab?  ResearchGate

How do students investigate semiconductor devices in the lab - manually or automatically? ResearchGate

6. Списък на лабораторните упражнения:

ЛУ1: Въведение в лабораторните упражнения (настоящето)
ЛУ2: Статично изследване на полупроводникови диоди (Si и Ge)
ЛУ3: Ръчно изследване на диоди (обикновени, Шотки, светодиоди, ценерови...)
ЛУ4: Автоматично изследване на диоди
ЛУ5: Схеми с диоди 
ЛУ6: Изследване на биполярни транзистори
ЛУ7: Схеми с биполярни транзистори
ЛУ8: Операционни усилватели

7. Какво представлява протоколът: документиране в свободен текст на това, което студентът е правил конкретно по време на лабораторното упражнение (като последователност от точки). Основната част се прави по време на самото лабораторно упражнение, а в къщи се допълва с изводи. Протоколът е индивидуален и отразява това, което студентът е правил конкретно. Прави се собственоръчно, не се изисква специално оформяне с програми за текстова, графична и фотообработка. Ако такова е направено, то е само спомагателна част, която се прилага към основната, изготвена от студента по време на лабораторното упражнение. Защитава се в края на семестъра.

8. Как се формира оценката в лабораторията. Оценката от лабораторните се формира чрез отбелязване на участието (на лабораторните упражнения, в уеб, чрез имейл и др.), при оформянето на протоколите и в разговор със студента в края на семестъра (така наречената „защита на протоколи”).

9. От къде ще можете да се подготвяте за лабораторните упражнения:

• На GoogleDrive ще получавате „сценарий” като този преди провеждането на поредното лабораторно упражнение, съпроводен с прикачени материали (текстове, линкове и др.) Запомнете линка на ресурсите, защото ще ползваме телефоните в лабораторното за достъп до уеб. По принцип сте длъжни предварително да се запознаете с лабораторното упражнение.
• Бих ви препоръчал също да разгледате албума със снимки от лабораторните упражнения с ваши колеги от минали години. Така ще добиете добра представа какво се прави в лабораторията и каква е  атмосферата там по време на упражненията.
• Една новост тази година е, че реших да отразявам лабораторните занятия в този блог. В момента съм "поствал" заданието за първото лабораторно упражнение ЛУ1 ППЕ ИТИ 2021. Желателно е да вземете отношение с коментари под поста и въпроси; това ви се трупа като актив за оформяне на оценката.е отразявам лабораторните упражнение.
• Сайт на дисциплината „Полупроводникови елементи” на катедра „Електронна техника” при ФЕТТ
• Литература:
• Шишков А. И. Полупроводникова техника – част I (полупроводникови елементи). С., Техника, 1979.
• Дрискол Ф., Р. Кофлин. Полупроводникови прибори и приложения. С., Техника, 1978.
• Христов М., Т. Василева, Е. Манолов. Полупроводникови елементи. С., Нови знания, 2007.
• Цанов М., Ф. Копаранов, И. Фурнаджиев. Ръководство за лабораторни упражнения по полупроводникови елементи. С., Нови знания, 2014.

II. Основни електрически понятия

1. Електрически величини: напрежение, ток и съпротивление (интуитивна представа, аналогии).

2. Електрическа верига: източник, съединителни проводници и товар. Напрежителни падове и ток.

3. Електрически елементи. Какво е това електрически елемент? Разлика между елемент и схема (система от свързани елементи). Видове елементи според различни признаци: пасивни/активни (резистори/транзистори), двуполюсни/многополюсни, (диоди/транзистори), линейни/нелинейни (резистори/диоди). Диодът пасивен или активен елемент е?

• Източник на напрежение: идеален, реален
• Интуитивна представа, аналогии
• Свойства: номинално напрежение, ниско вътрешно съпротивление, максимален ток, волт-амперна характеристика
• Практически източници на напрежение: батерии, акумулатори, стабилизирани токоизправители (адаптори - лаб. 1217)
• Източник на ток: идеален, реален

• Интуитивна представа, аналогии 
• Свойства: номинален ток, високо вътрешно съпротивление, максимално напрежение, волт-амперна характеристика
• Практически източници на ток: зарядни устройства за акумулатори, захранващи устройства за светодиоди
• Резистор: постоянен, променлив

• Интуитивна представа, аналогии 
• Свойства: номинално съпротивление, максимална разсейвана мощност, волт-амперна характеристика
• Практически резистори: естествени (примери), изкуствени (видове)

III. Измервателни уреди

1. Волтметър: идеален, реален

• Устройство и принцип на действие: магнитоелектричен, електронен
• Сглобяване на магнитоелектрически волтметър чрез микроамперметър + резистор последователно
• Свойства: максимално напрежение (обхват), високо вътрешно съпротивление

2. Амперметър: идеален, реален

• Устройство и принцип на действие: магнитоелектричен, електронен
• Сглобяване на магнитоелектрически амперметър чрез волтметър + резистор паралелно.
• Свойства: максимален ток (обхват), ниско вътрешно съпротивление

3. Омметър

• Устройство и принцип на действие
• Сглобяване на омметър чрез:
• източник на напрежение + амперметър последователно
• източник на ток + волтметър паралелно

4. Измервания:

• Измерване на напрежение с реален волтметър
• Измерване на (диференциално) напрежение между две точки и (несиметрично) напрежение спрямо точка с опорен потенциал (“маса”). Понятие за маса; избор на масата.
• Измерване на вътрешното съпротивление на волтметъра чрез омметър
• Измерване на ток чрез амперметър
• Измерване на вътрешното съпротивление на амперметъра чрез омметър
• Измерване на ток чрез волтметър
• Идея на метода - измерване на напрежителния пад върху резистор с известно съпротивление.
• Възможности за реализация (наличие на резистор с известно съпротивление)
• Предимства (не се разкъсва веригата)
• Приложения
• В лабораторните упражнения по ППЕ (характериограф за снемане на волт-амперни характеристики на двуполюсни елементи)
• При диагностика на електронни устройства
• Измерване на напрежение и ток
• VA схема на свързване (снемане на ВАХ на диод в обратна посока)
• AV схема на свързване (снемане на ВАХ на диод в права посока)
• Измерване на съпротивление
• … директно чрез омметър
• … косвено чрез волтметър и амперметър (VA и AV схеми)

--------------

За мен ще представлява интерес да споделите мнението си за този сценарий преди и след провеждането на упражнението. Дайте предложения как можем да го подобрим и разширим с още интересни експерименти.

Вашето участие ще бъде взето под внимание при оформяне на оценката.