CC BY
98
УДК 537.5 : 378 : 372.853
Трифонов С. В., Бахвалова А. Д.
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ФИЗИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКЕ ДЛЯ БАКАЛАВРОВ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Изучение электроники, как в школе, так и в высших учебных заведениях имеет большое значение по ряду причин. Прежде всего, нужно отметить, что электроника базируется на целом ряде разделов фундаментальной физики (токи в газах, контактные явления в полупроводниках и др.), которые достаточно полно представлены в учебных программах. Учитывая, что принцип работы практически всех современных приборов и устройств основан именно на законах, рассматриваемых в этих разделах, представляется уникальная возможность не просто изучать «чистую» науку, но и её практические приложения, которые окружают нас в повседневной жизни. Это имеет немаловажное значение в развитии физического взгляда на мир.
В учебном плане для бакалавров физико-математического образования профиля «Физика» предусмотрена дисциплина «Физическая электроника» общим объемом 240 часов. В рамках этой трудоемкости 40 аудиторных часов отводится на лабораторные работы. Так как данная дисциплина на физико-математическом факультете Псковского государственного университета дается впервые, то возникла необходимость создать новый цикл лабораторных работ по изучению физических свойств материалов и компонентов электронной техники. При этом использовался комплексный методический подход к проектированию и организации подобного практикума, разработанный на кафедре физической электроники РГПУ им. А. И. Герцена [1]. Согласно этой концепции содержание курсов по физическим основам электроники при соответствующем выборе материала и формах организации учебной деятельности может строиться как развивающаяся в связи с запросами со стороны практики система модельных представлений, освоение которой дает понимание присущей научному исследованию структуры деятельности и возможностей практических приложений его результатов. При этом в содержании и организации выполнения лабораторной работы должно выполняться оптимальное соотношение эксперимента и теории, что в значительной степени предопределяет уровень самостоятельности студентов. Выполняя экспериментальную часть работы, студент с необходимостью опирается на определенные модельные представления, что позволяет ему выбрать адекватные поставленной задаче условия и методику эксперимента.
Некоторые из предлагаемых в данной статье лабораторных работ являются стандартными и проводились ранее в циклах электротехники, радиотехники, электричества и магнетизма, другие разрабатывались в течение предыдущих лет в рамках студенческих дипломных работ [2-7] и будут проводиться впервые.
Описания к лабораторным работам целесообразно перевести в электронный вид, чтобы студенты имели возможность быстрого доступа к ним. Вводное занятие должно быть посвящено компьютерной обработке экспериментальных данных - составление таблиц значений, вычисления, построение графиков - с помощью современной компьютерной программы Origin 8.1 [8-10]. Список лабораторных работ с кратким описанием их содержания приведен в табл. 1.
Таблица 1.
№ Название лабораторной работы Содержание лабораторной работы
1 Измерение активной Измерение активной мощности ваттметром,
мощности в однофазной вычисление мощности через данные,
цепи измеренные вольтметром и амперметром
2 Изучение работы однофазного трансформатора Измерение КПД трансформатора и коэффициента трансформации
3 Измерение ёмкости Измерение ёмкости конденсаторов
конденсаторов различными различными методами: методом моста
методами Сотти, методом амперметра-вольтметра, методом микрофарадометра
4 Измерение токов утечки Измерение вольт-амперных характеристик
конденсаторов различных токов утечки при различных температурах
типов
5 Измерение функции Измерение вольт-амперной зависимости
распределения электронов вакуумной лампы и определение функции
вольфрамового термокатода распределения электронов по скоростям
6 Снятие характеристик Измерение анодных, сеточных и
электронных ламп динамических характеристик вакуумного триода
7 Изучение работы тиратрона Снятие характеристик тиратрона и изучение релаксационных колебаний
8 Исследование Измерение вольт-амперной и температурной
варисторного эффекта зависимости варисторов нескольких типов
в поликристаллических
полупроводниках
9 Изучение температурной Измерение температурной зависимости
зависимости сопротивления терморезистора (позистора), собственного и
полупроводников и примесного полупроводников, вычисление
определение энергии энергии активации и температурного
активации коэффициента сопротивления
10 Вольт-амперные и Измерение вольт-амперных и
температурные зависимости температурных характеристик диодов двух
выпрямительного и типов
туннельного диодов
11 Изучение работы Снятие характеристик и определение
биполярного транзистора параметров транзистора по схеме с общим эмиттером
12 Изучение явления термо- Измерение удельной термо-ЭДС для
ЭДС при контакте металлов трех термопар и вычисление химических потенциалов
Литература
1. Цуревский Е. В. Специальный практикум по физике диэлектрических материалов и приборных структур на их основе // Физика диэлектриков (Диэлектрики-2004): Материалы Х Международной конференции. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2004. - С. 454-455.
2. Михайлов А. Г. Изучение электрических конденсаторов в специальном физическом практикуме «Материалы и компоненты электронной техники». - Дипломная работа. - Псков: ПГПУ им. С.М. Кирова, 2007.
3. Карликов П. С. Исследование температурных зависимостей характеристик конденсаторов в специальном физическом практикуме. - Дипломная работа. - Псков: ПГПУ им. С. М. Кирова, 2009.
4. Юдин А. Н. Исследование электрических свойств резисторов в специальном физическом практикуме. - Дипломная работа. - Псков: ПГПУ им. С. М. Кирова, 2009.
5. Белов А. С. Изучение варисторного эффекта в поликристаллических полупроводниках. -Дипломная работа. - Псков: ПГПУ им. С. М. Кирова, 2010.
6. Полякова О. В. Изучение частотной зависимости емкости конденсаторов при различных температурах. - Дипломная работа. - Псков: ПГПУ им. С. М. Кирова, 2010.
7. Бахвалова А. Д. Создание цикла лабораторных работ по курсу «Материалы и компоненты электронной техники». - Дипломная работа. - Псков: ПГПУ им. С. М. Кирова, 2011.
8. http://www.originlab.ru/
9. Исакова О. П., Тарасевич Ю. Ю., Юзюк Ю. И. Обработка и визуализация данных физических экспериментов с помощью пакета ORIGIN. - Современный физический практикум: Материалы Х Международной учебно-методической конференции. - М. : Изд. дом МФО,
2008.- С. 293-294.
10. Исакова О. П., Тарасевич Ю. Ю., Юзюк Ю. И. Обработка и визуализация данных физических экспериментов с помощью пакета Origin. - М. : Книжный дом «ЛИБРОКОМ»,
2009. - 136 с.
Trifonov S., Bakhvalova A.
LABORATORY PRACTICE ON PHYSICAL ELECTRONICS FOR BACHELORS OF PHYSICAL AND MATHEMATICAL EDUCATION
Physical electronics is a new discipline at the faculty of physics and mathematics, so it was necessary to create laboratory works for students. They include tasks to study the physical properties of materials and electronic components.
Keywords: physical electronics, laboratory work, physical and mathematical education.
